Gli astronomi hanno sfruttato la visuale a campo largo della Dark Energy Camera per confermare che i quasar alimentati da buchi neri supermassivi nell’universo primordiale erano raggruppati in zone densamente popolate. Tuttavia, sembra che queste bestie cosmiche non fossero esattamente dei buoni vicini. Il team dietro a questa ricerca ha scoperto che i quasar sono “vicini rumorosi” che emettono radiazioni in grado di bloccare la formazione di stelle, “uccidendo” così le galassie che abitano nelle loro vicinanze cosmiche. Di conseguenza, le galassie compagne più vicine ad alcuni quasar non riescono a crescere e risultano quindi troppo piccole e deboli per essere osservate. Il team afferma che questi risultati riguardanti la “densità urbana” dei quasar e delle loro galassie compagne potrebbero anche spiegare perché alcuni studi precedenti sulla densità dell’universo primordiale hanno mostrato galassie e quasar strettamente ammassati insieme, mentre altri hanno indicato una mancanza di galassie compagne intorno ai quasar.
Per condurre il loro studio, i ricercatori si sono concentrati sul quasar VIK 2348–3054, situato a circa 12,8 miliardi di anni luce dalla Terra. La distanza da questo quasar è molto ben definita grazie all’Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Con l’obiettivo scelto, la Dark Energy Camera, o DECam, montata sul telescopio Blanco da 4 metri al Cerro Tololo Inter-American Observatory in Cile, ha permesso al team di condurre la più ampia ricerca in cielo mai effettuata intorno a un quasar dell’universo primordiale. Sebbene il campo visivo di tre gradi quadrati del DECam fornisse una panoramica estesa del quartiere cosmico di VIK 2348–3054, il suo filtro a banda ristretta era l’aggiunta perfetta per consentire al team di concentrarsi sulle galassie compagne circostanti al quasar.
Questo studio sui quasar è stato davvero una tempesta perfetta, ha dichiarato il team leader Trystan Lambert, un ricercatore post-dottorato presso il nodo dell’Università dell’Australia Occidentale del International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR). “Avevamo un quasar con una distanza ben conosciuta, e DECam sul telescopio Blanco offriva il grande campo visivo e il filtro esatto di cui avevamo bisogno”.
Iscriviti alla newsletter per le ultime novità su lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro ancora! I quasar primordiali avevano dispense ben fornite. I quasar sono tra le fonti di luce più luminose conosciute nell’universo, spesso superando la luce combinata di tutte le stelle nelle galassie circostanti. Il motore che alimenta queste emissioni è un buco nero centrale supermassivo con masse milioni di volte quella del sole.
Come qualsiasi motore, questi mostri cosmici necessitano di carburante. Per i quasar, questo si presenta sotto forma di gas e polvere che ruotano attorno ai rispettivi buchi neri, chiamato “disco di accrescimento”, che alimenta gradualmente il vuoto. L’influenza gravitazionale del buco nero causa un’enorme quantità di attrito nel disco di accrescimento, sovra riscaldando questo materiale e creando plasma e intensa radiazione elettromagnetica che forma le emissioni del quasar.
Tuttavia, i buchi neri sono mangiatori disordinati. Parte del materiale viene canalizzato da potenti campi magnetici verso i loro poli, dove viene accelerato a velocità prossime a quelle della luce e scaricato come getti collimati di plasma. Le emissioni elettromagnetiche brillanti accompagnano anche questi getti. Per facilitare le loro potenti emissioni e permettere ai loro buchi neri supermassivi di crescere a dimensioni enormi nell’universo relativamente primordiale, i quasar devono quindi essere circondati da un’abbondanza di materiale da cui nutrirsi.
L’elevato tasso di alimentazione ha portato molti astronomi a proporre che i quasar devono trovarsi in alcune delle regioni più dense dell’universo dove è disponibile molto gas. Tuttavia, le osservazioni non hanno sempre supportato questa idea.
Per indagare, Lambert e i suoi collaboratori hanno contato le galassie compagne intorno a VIK J2348-3054 misurando una specifica emissione chiamata radiazione Lyman-alpha. Questo è un segnale di una forma di idrogeno che ha avuto i suoi elettroni strappati da alte temperature. Gli elettroni e i nuclei dell’idrogeno si ricombinano, con gli atomi di idrogeno precedentemente ionizzati che riacquistano alcuni elettroni. Questo è un indicatore tipico della formazione stellare e quindi indica galassie più giovani e più piccole in fase di nascita di corpi stellari.
Inoltre, la radiazione Lyman-alpha è un buon determinante dei valori di redshift, cioè il cambiamento nella frequenza della luce che rileviamo quando una sorgente luminosa si allontana dal nostro punto di vista nell’universo. Ciò significa che serve come un buon modo per determinare le distanze a queste piccole galassie giovani. Queste misurazioni possono quindi essere utilizzate per costruire un modello tridimensionale della regione attorno a un quasar.
Facendo questo per il quasar VIK J2348-3054, il team ha trovato 38 galassie compagne, fino a 60 milioni di anni luce di distanza, indicando una regione spaziale densa. Con sorpresa di Lambert e dei suoi colleghi, hanno anche constatato un’assenza completa di galassie compagne entro una distanza di 15 milioni di anni luce dal quasar.
Ciò potrebbe spiegare perché ricerche precedenti che investigavano gli ambienti dei quasar abbiano fornito risultati di densità contrastanti. Infatti, le ricerche che indicavano spazi vuoti attorno ai quasar potrebbero aver focalizzato l’attenzione sulle regioni immediate attorno a questi buchi neri supermassivi. Quelle zone sarebbero state popolate da galassie non rilevabili, con la formazione di stelle bloccata. Al contrario, le ricerche che hanno mostrato regioni affollate di spazio attorno ai quasar guardavano al quadro generale, ma non si concentravano sulla vicinanza immediata attorno ai quasar.
DECam ha fornito un quadro più chiaro poiché ha facilitato l’unico studio finora che includeva dati da aree vaste a piccole aree. “La vista estremamente ampia di DECam è necessaria per studiare approfonditamente i quartieri dei quasar. Devi davvero aprirti a un’area più grande”, ha detto Lambert. “Questo suggerisce una spiegazione ragionevole del perché le osservazioni precedenti siano in conflitto tra loro”.
I ricercatori sospettano di conoscere il motivo dell’apparente scarsità di galassie compagne in prossimità di questo quasar. Suggeriscono che potrebbe essere il risultato dell’intensa radiazione del quasar che ostacola la formazione di stelle e, quindi, uccide la crescita delle galassie in prossimità. Ciò significa che quelle galassie probabilmente ci sono, ma sono semplicemente troppo piccole e deboli per essere viste.
“Alcuni quasar non sono vicini tranquilli”, ha concluso Lambert. “Le stelle nelle galassie si formano da gas che è abbastanza freddo da collassare sotto la propria gravità. I quasar luminosi possono essere così brillanti da illuminare questo gas nelle galassie vicine e riscaldarlo, impedendo questo collasso”. La ricerca del team appare sulla rivista Astronomy & Astrophysics.