Le collisioni fra galassie non producono buchi neri

Collisione fra galassie. Fonte NASA

Che cosa accade quando le galassie collidono? Per anni queste collisioni cosmiche sono state accusate di innescare esplosioni molto violente nel cuore delle galassie. Ora una importante indagine ha dato il verdetto:  le fusioni galattiche di solito non stuzzicano l’appetito dei buchi neri, il che significa che altri fenomeni meno drammatici sono probabilmente responsabili dell’attivazione di questi nuclei attivi.

La maggior parte delle galassie, compresa la nostra, hanno enormi buchi neri in equilibrio al loro interno, mentre alcune hanno buchi neri simili a mangiatori disordinati che risucchiano enormi quantità di materia che brilla mentre cade verso l’oblio. Questo fa sì che, a causa dei punti spia luminosi al centro delle galassie, siano conosciuti come nuclei galattici attivi (AGN). Perché  i due tipi di buchi neri sono così diversi? Fino ad ora, la teoria principale è stata che le fusioni tra le galassie guidano della materia nei buchi neri, facendoli crescere.

In un nuovo studio, il più grande del suo genere finora, gli astronomi hanno creato un lista  di galassie per verificare questa teoria. Il confronto tra 140 galassie attive con un gruppo di controllo di oltre 1200 galassie comparabili attive, ha rivelato che non vi è stato alcun legame significativo tra attività di AGN  e operazioni di fusione galattica per almeno gli ultimi 8 miliardi anni. Pertanto, altri fenomeni come l’instabilità all’interno delle galassie, le collisioni di nubi molecolari o l’ interruzione di marea dovuta al passaggio di altre galassie devono causare i buchi neri.

I risultati saranno pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal il 10 gennaio.

L’emissione di radiazioni da nuclei galattici attivi è guidata dal comportamento della materia attraverso fenomeni come le nubi di gas e anche le stelle che, in caso di riscaldamento,  cadono nella galassia verso il supermassiccio buco nero centrale. Ma una questione aperta nella fisica delle galassie attive è proprio come la materia attraversi l’ultima centinaia di anni luce raggiungendo le immediate vicinanze del buco nero prima di essere ingoiata.

Il team leader Mauricio Cisternas del tedesco Max Planck Institute for Astronomy spiega: “Uno studio di tale portata è divenuto possibile solo di recente, con le grandi missioni intraprese utilizzando il telescopio spaziale Hubble. Queste ci hanno dato un campione enorme di galassie,sia  attive che inattive, il che significa che ora possiamo studiare molte galassie distanti nel dettaglio. Prima di queste indagini, non avevamo esaminato molte galassie attive a grandi distanze cosmiche così dettagliatamente “.

Cisternas e il suo team hanno scelto 140 galassie attive dal sondaggio COSMOS. Il campo COSMOS è una zona di cielo grande circa 10 volte l’area coperta dalla Luna, nella costellazione del Sestante, che è stata completamente mappato da Hubble e da altri telescopi a diverse lunghezze d’onda. Esso contiene galassie distanti diverse centinaia di migliaia e di tutti i tipi. La squadra è stata in grado di identificare galassie attive, attraverso osservazioni con raggi X provenienti dallo spazio del telescopio ESA XMM-Newton, e quindi hanno studiato le immagini ottiche più dettagliate  prese dal NASA / ESA Hubble Space Telescope.

Per ciascuna delle galassie attive nello studio, hanno selezionato nove galassie non attive all’incirca alla stessa distanza e, quindi, approssimativamente nella stessa fase di evoluzione cosmica. Questo dà un totale di poco più di 1.400 galassie che la squadra poteva quindi indagare in cerca di segni rivelatori di fusioni.

“Si può capire in genere quando le galassie sono state coinvolte in una fusione”, spiega Knud Jahnke, co-autore dello studio. “Invece di essere pulite, geometriche a spirale o lisce con forme ellittiche di solito si vedono nelle immagini di Hubble, galassie in collisione che in genere appaiono distorte e deformate. Abbiamo programmato di scoprire se queste galassie deformi ospitavano con più probabilità nuclei attivi”.

Identificare se una galassia è distorta è una questione di giudizio per il quale l’occhio esperto di un astronomo qualificato è molto meglio di qualsiasi valutazione computerizzata. Per sfruttare questa esperienza umana, senza introdurre il rischio di parzialità inconsapevoli, Cisternas ha istituito una sorta di elenco di galassie, in cui ha modellato e rimosso il punto luminoso che rivela l’AGN. Dieci esperti di galassie, con sede in otto diverse istituzioni, hanno valutato in modo indipendente se ciascuna delle galassie è stato distorta o no, senza che venisse detto se aveva un AGN.

Nessuno degli esperti ha trovato una correlazione significativa tra l’attività di una galassia e la sua distorsione, cioè a dire, fra il suo buco nero ben nutrito e il suo coinvolgimento in una fusione di rilievo.

Mentre le fusioni sono un fenomeno comune, e si pensa che svolgano un ruolo almeno per alcuni AGN, lo studio dimostra che esse non forniscono un meccanismo nè universale nè dominante per l’alimentazione dei buchi neri. Dalle statistiche dello studio, almeno il 75%, e forse tutta l’ attività di ANG nel corso degli ultimi 8 miliardi anni deve avere una spiegazione diversa. Altri possibili modi di trasportare la materia verso un buco nero centrale possono essere l’ instabilità di strutture come la bar di una galassia a spirale, le collisioni di nubi molecolari giganti all’interno della galassia, oppure il fly-by di un’altra galassia, che non porta a una fusione (nota come molestia galattica).

Ci potrebbe essere ancora un nesso causale tra l’attività e le fusioni galattiche nel passato più lontano? Questa è la domanda successiva che il gruppo si prepara ad affrontare. I dati arriveranno da due programmi in corso di osservazione (Multi-Cycle Treasury Programs) con l’Hubble Space Telescope, come pure dalle osservazioni dal suo successore, il James Webb Space Telescope, il cui lancio è programmato dopo il 2014.