Il telescopio spaziale James Webb ha osservato una quasar sfruttando l’effetto di lente gravitazionale con un dettaglio senza precedenti.

Sembra un anello lontano con tre gioielli scintillanti, ma l’immagine più recente del telescopio spaziale James Webb (JWST) è in realtà la vista di una quasar lontana, ingrandita da una galassia ellittica vicina. Il Mid-Infrared Instrument (MIRI) del telescopio ha osservato la debole apparizione durante uno studio sulla materia oscura e la sua distribuzione nell’Universo. L’immagine osservata in dettaglio è stata possibile grazie alle lenti gravitazionali: il percorso della luce proveniente da oggetti più distanti attorno la lente si deforma. La lente ingrandisce la vista di quegli oggetti distanti tra noi e la massa della lente. Quindi, grazie alla lente gravitazionale, gli astronomi ottengono spesso immagini eccezionali di oggetti altrimenti troppo deboli o lontani per consentirci uno studio approfondito.

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Questa immagine mostra il quasar RX J1131-1231 ripreso dall’osservatorio a raggi X Chandra della NASA e dal telescopio spaziale Hubble nella luce visibile. Credit: NASA/CXC/Univ of Michigan/RCReis et al e NASA/STScI

Il quasar distante RX J1131-1231 ripreso dal James Webb si trova a circa sei miliardi di anni luce dalla Terra. Gli astronomi sanno che nel cuore della galassia c’è un buco nero supermassiccio. Emette raggi X ad alta energia, rilevati dall’osservatorio a raggi X Chandra e dal telescopio orbitante XMM-Newton. Anche il telescopio spaziale Hubble aveva osservato questo oggetto dall’aspetto inquietante.

Questi raggi X dicono agli astronomi che nella galassia erano in atto eventi estremamente energetici, ecco perché tali oggetti sono denominati quasar. Le emissioni di raggi X vengono prodotte da un disco di accrescimento surriscaldato e alla fine rimbalzano sul bordo interno del disco. Gli astronomi possono prendere uno spettro di quell’emissione di raggi X riflessa, ma devono tenere conto del fatto che è influenzata dalla forte attrazione gravitazionale del buco nero. Maggiore è il cambiamento nello spettro, più il bordo interno del disco si trova vicino al buco nero.

In questo caso, le emissioni provengono da una regione che si trova a solo tre volte il raggio dell’orizzonte degli eventi. Ciò suggerisce che il buco nero sta ruotando molto, molto velocemente, circa a metà della velocità della luce. E l’osservazione nel medio infrarosso del quasar grazie al James Webb ha consentito agli astronomi di sondare la regione attorno al suo cuore.

Il buco nero supermassiccio centrale nel cuore del quasar RX J1131-1231 ha una sua storia da raccontare. Quelle emissioni di raggi X dal suo disco di accrescimento forniscono indizi su quanto velocemente quel buco nero è cresciuto nel tempo e su come si è formato. Ci sono un paio di teorie principali sulla crescita dei buchi neri. Sappiamo che quelli di massa stellare derivano dalla morte di stelle supermassicce. Esplodono come supernovae. Ciò che resta collassa e crea il buco nero.

La storia del buco nero supermassiccio

Quasar lente gravitazionale
Una piccola immagine di una galassia distorta dalla lente gravitazionale in un anello fioco. In cima all’anello ci sono tre punti molto luminosi con punte di diffrazione che fuoriescono da essi, uno accanto all’altro: sono copie di un singolo quasar nella galassia con lente, duplicato dalla lente gravitazionale. Al centro dell’anello, la galassia ellittica che esegue la lente appare come un piccolo punto blu. Credit: ESA/Webb, NASA e CSA, A. Nierenberg

Tuttavia, quelli supermassicci nel cuore delle galassie probabilmente si formano in uno di due modi. Potrebbero derivare dall’accumulo di materiale nel corso di un lungo periodo di tempo durante collisioni e fusioni tra galassie. Se ciò accade, un buco nero in crescita raccoglie materiale in un disco stabile. Se l’accrescimento di nuovo materiale dal disco è costante, dovrebbe portare a un buco nero in rapida rotazione. D’altro canto, se il buco nero crescesse a causa di molte fusioni diverse, ciò avverrebbe da direzioni casuali e la sua velocità di rotazione sarebbe più lenta.

Quindi, qual è la storia del mostro luminoso e supermassiccio al centro di RX J1131-1231? Tutte le osservazioni finora mostrano un buco nero in rapida rotazione. Ciò significa che è probabilmente cresciuto tramite fusioni e collisioni avvenute in modo costante. Ulteriori osservazioni della sua attività ad alta energia dovrebbero aiutare gli astronomi mentre esplorano più a fondo l’Universo e vedono oggetti in epoche sempre più remote del tempo cosmico.

Il contributo del James Webb è fondamentale per usare lenti gravitazionali e individuare questi fenomeni. Allo stesso tempo, gli astronomi riescono anche a mappare la distribuzione della materia oscura che aiuta l’Universo a creare queste lenti di ingrandimento naturali.

Nel suo piccolo, Passione Astronomia ti aiuta a capire come funziona l’universo. E l’universo funziona meglio se le persone che ne fanno parte sono bene informate: se hanno letto sciocchezze, bugie, veleni, poi va a finire come va a finire. Già ora non è che vada benissimo. Ecco perché è importante che qualcuno spieghi le cose bene. Passione Astronomia fa del suo meglio. Abbonati!

Fonte: Universe Today