Gli astronomi potrebbero finalmente avere le prove di un caso irrisolto cosmico: perché le galassie più grandi dell'universo mancano di così tante stelle. Nuovi dati della missione XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) suggeriscono che i buchi neri supermassicci sono i colpevoli, spazzando via il gas necessario per formare le stelle.

I modelli attuali prevedono che le galassie più massicce dovrebbero essere piene di massa stellare, ma le osservazioni mostrano un significativo deficit. Xin "Cindy" Xiang, studentessa di dottorato all'Università del Michigan, ha utilizzato i dati di XRISM per indagare una delle spiegazioni principali e ha trovato prove che puntano direttamente ai buchi neri.

La maggior parte delle persone conosce i buchi neri come oggetti la cui gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire. Tuttavia, i buchi neri possono anche creare regioni estremamente luminose intorno a sé. Mentre gas e polvere spiraleggiano verso l'interno, formano un disco di accrescimento che emette enormi quantità di energia, inclusi potenti raggi X.

I dischi di accrescimento sono tra gli ambienti più energetici dell'universo. Il materiale che cade verso il buco nero viene riscaldato dalla gravità e dall'attrito fino a diventare un plasma intensamente caldo. Allo stesso tempo, il disco può lanciare potenti flussi di materia.

Questi venti possono essere abbastanza forti da spazzare via il gas da una galassia. Poiché il gas è la materia prima necessaria per creare nuove stelle, tali flussi potrebbero ridurre significativamente la futura formazione stellare.

I dati di XRISM supportano questa possibilità. La missione è guidata dall'Agenzia Spaziale Giapponese in collaborazione con la NASA e l'Agenzia Spaziale Europea.

"In precedenza, senza XRISM, potevamo vedere solo caratteristiche ampie dei flussi," ha detto Xiang. "Ma è necessario essere in grado di risolvere caratteristiche fini per rispondere a domande importanti. Qual è la loro struttura e geometria? Come vengono lanciati i venti e quando vengono lanciati?"

Lanciata nel 2023, XRISM ha iniziato le osservazioni scientifiche nell'autunno 2024. La sua risoluzione energetica è circa 10 volte migliore di quella del suo predecessore, permettendo agli astronomi di esaminare gli ambienti dei buchi neri con molto più dettaglio.

Xiang e i suoi collaboratori si sono concentrati su NGC 4151, una galassia luminosa situata a poco più di 50 milioni di anni luce dalla Terra. Al suo centro c'è un nucleo galattico attivo (AGN), dove un buco nero supermassiccio sta consumando attivamente materiale e generando un disco di accrescimento luminoso. Questo rende NGC 4151 un laboratorio ideale per studiare i flussi guidati dai buchi neri.

"Con XRISM, abbiamo la massima risoluzione osservando l'AGN più luminoso e stiamo ottenendo le informazioni più ricche sui flussi che abbiamo osservato finora per un disco di accrescimento," ha detto Xiang.

Lavorando insieme al professor di astronomia dell'Università del Michigan Jon Miller, Xiang ha precedentemente dimostrato che i venti dal disco di accrescimento di NGC 4151 possono raggiungere velocità sufficienti per espellere materiale dal sistema. Ha anche identificato il probabile meccanismo che guida questi flussi: l'azionamento magnetocentrifugo, simile a ciò che innesca i brillamenti solari.

Al 248° meeting dell'American Astronomical Society a Pasadena, California, Xiang ha presentato un nuovo metodo per determinare quando i potenti venti di NGC 4151 sono attivi. L'approccio potrebbe aiutare i ricercatori a identificare flussi simili in altre galassie e migliorare la comprensione degli AGN in tutto l'universo.

Poiché i venti degli AGN possono cambiare drasticamente nel tempo, Xiang aveva bisogno di un modo per individuare quando si verificavano i flussi più veloci e forti. Per fare ciò, ha analizzato centinaia di giorni di osservazioni di XRISM di NGC 4151.

Il suo lavoro si è concentrato sui periodi in cui l'emissione di raggi X della galassia si illuminava in brillamenti e su come il segnale X si evolveva nelle ore successive.

Oltre a misurare la luminosità, Xiang ha studiato se i raggi X rilevati erano relativamente duri o morbidi, una proprietà paragonabile al colore nella luce visibile. Ha combinato queste misurazioni in una nuova metrica chiamata indice di intensità di colore. Miller ha suggerito di abbreviare il nome in "cindicità".

"In parte perché il mio nome è Cindy," ha detto Xiang. "Ma l'idea è che, in futuro, potresti dirmi la cindicità della tua sorgente a..."