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23 Ottobre 2020
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    Sei galassie intorno a un buco nero supermassiccio osservato quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni. Uno straordinario risultato ottenuto da una collaborazione di scienziate e scienziati soprattutto italiani: l’uso sapiente e accurato dei maggiori telescopi al mondo, insieme a un lungo percorso di confronto tra teorie e osservazioni, ha portato a un risultato fondamentale per la nostra comprensione di com’è nato l’Universo che conosciamo oggi.

    La rappresentazione artistica mostra il buco nero centrale e le galassie intrappolate dalla ragnatela di gas. Il buco nero, che insieme al disco che lo circonda viene chiamato: quasar SDSS J103027.09+052455.0, brilla luminoso mentre si ingozza della materia che lo circonda. Crediti: ESO/L. Calçada

    Con l’aiuto del VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, alcuni astronomi hanno trovato sei galassie intorno a un buco nero supermassiccio osservato quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni. Questa è la prima volta in cui un raggruppamento così compatto è stato visto così in un tempo così lontano, dopo il Big Bang, e la scoperta ci aiuta a capire meglio come i buchi neri supermassicci, uno dei quali si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea, si siano formati e siano cresciuti fino alle odierne enormi dimensioni così velocemente. La scoperta viene infatti a suupporto della teoria secondo cui i buchi neri possono crescere rapidamente all’interno di grandi strutture, simili a ragnatele, che contengono gas in quantità sufficiente per alimentarli.

    «La ricerca è stata guidata principalmente dal desiderio di comprendere alcuni degli oggetti astronomici più impegnativi: i buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale. Questi sono sistemi estremi e fino a oggi non abbiamo trovato una spiegazione convincente della loro esistenza», afferma Marco Mignoli, astronomo presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Bologna, Italia, e autore principale della nuova ricerca pubblicata oggi dalla rivista Astronomy & Astrophysics Letters.

    Le nuove osservazioni effettuate con il VLT dell’ESO hanno rivelato diverse galassie che circondano un buco nero supermassiccio, tutte contenute da una “ragnatela” cosmica di gas che si estende fino a 300 volte le dimensioni della Via Lattea. «I filamenti della ragnatela cosmica sono proprio come i fili di una ragnatela», spiega Mignoli. «Le galassie si formano e crescono dove i filamenti si incrociano e i flussi di gas – che vanno ad alimentare sia le galassie che il buco nero supermassiccio centrale – possono scorrere lungo i filamenti».

    Questo grafico mostra l'ubicazione di SDSS J103027.09+052455.0, un quasar alimentato da un buco nero supermassiccio circondato da almeno sei galassie, nella costellazione del Sestante. La mappa indica la maggior parte delle stelle visibili a occhio nudo in buone condizioni osservative: la posizione della struttura è indicata da un cerchio rosso. Crediti: ESO, IAU and Sky & Telescope

    La luce proveniente da questa grande struttura simile a una ragnatela, con il suo buco nero da un miliardo di masse solari, ha viaggiato fino a noi da un tempo in cui l’Universo aveva solo 0,9 miliardi di anni. «Il nostro lavoro colloca un pezzo importante nel puzzle in gran parte incompleto della formazione e crescita di oggetti così estremi, ma relativamente abbondanti, tanto rapidamente dopo il Big Bang», aggiunge il coautore Roberto Gilli, anch’egli astronomo dell’INAF di Bologna, riferendosi ai buchi neri supermassicci

    I primissimi buchi neri, che si pensa si siano formati dal collasso delle prime stelle, devono essere cresciuti molto velocemente per raggiungere masse di un miliardo di soli entro i primi 0,9 miliardi di anni di vita dell’Universo. Ma gli astronomi non riuscivano a spiegare come quantità sufficientemente grandi di “combustibile per buchi neri” avrebbero potuto essere disponibili per consentire a questi oggetti di crescere fino a dimensioni così grandi in così poco tempo. La nuova struttura offre una spiegazione ragionevole: la “ragnatela” e le galassie al suo interno contengono abbastanza gas per fornire il carburante di cui il buco nero centrale ha bisogno per diventare rapidamente un gigante supermassiccio.

    Ma, in primo luogo, ci chiediamo come si sono formate strutture simili a una rete così grandi. Gli astronomi pensano che siano fondamentali gli aloni giganti della misteriosa materia oscura. Si ritiene che queste ampie regioni di materia invisibile attraggano enormi quantità di gas nell’Universo primordiale; insieme, il gas e la materia oscura invisibile formano le strutture simili a reti in cui le galassie e i buchi neri possono evolversi.

    «La nostra scoperta dà sostegno all’idea che i buchi neri più distanti e massicci si formino e crescano all’interno di aloni massicci di materia oscura in strutture a larga scala e che l’assenza di precedenti rilevamenti di tali strutture fosse probabilmente dovuta a limitazioni delle osservazioni», suggerisce Colin Norman della Johns Hopkins University di Baltimora, negli Stati Uniti d’America e coautore dello studio.

    L'immagine, costruita utilizzando i dati della DSS2 (Digitized Sky Survey 2), mostra il cielo intorno a SDSS J103027.09+052455.0, un quasar alimentato da un buco nero supermassiccio circondato da almeno sei galassie. Crediti: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

    Le galassie che ora vengono rilevate sono tra le più deboli che gli attuali telescopi possano osservare. Questa scoperta ha richiesto osservazioni di diverse ore con i più grandi telescopi ottici disponibili, tra cui il VLT dell’ESO. Utilizzando gli strumenti MUSEFORS2 installati sul VLT all’Osservatorio dell’ESO al Paranal, nel deserto cileno di Atacama, l’equipe ha confermato il collegamento tra quattro delle sei galassie e il buco nero. «Crediamo di aver visto solo la punta dell’iceberg e che le poche galassie scoperte finora intorno a questo buco nero supermassiccio siano solo le più luminose», conclude la coautrice Barbara Balmaverde, astronoma dell’INAF di Torino, Italia.

    Questi risultati contribuiscono alla nostra comprensione di come si sono formati ed evoluti i buchi neri supermassicci e le grandi strutture cosmiche. L’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, attualmente in costruzione in Cile, sarà in grado di migliorare questa ricerca osservando molte altre galassie più deboli intorno a buchi neri massicci nell’Universo primordiale utilizzando i suoi potenti strumenti.

    Ulteriori Informazioni

    Questo risultato è stato presentato nell’articolo “Web of the giant: Spectroscopic confirmation of a large-scale structure around the z = 6.31 quasar SDSS J1030+0524” pubblicato da Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039045).


    Riflettori (e telescopi) puntati su Venere e Marte

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