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La curiosità del mese

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Getti cosmici

La curiosità del mese di luglio 2014 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - A sinistra in alto e sotto due immagini radio del getto proveniente dal centro di M87. A destra in alto un'immagine in luce visibile scattata dal telescopio spaziale Hubble. Si puo’ apprezzare come il getto mantenga direzione e collimazione fino a quando si schianta contro il mezzo intergalattico.
Fig. 1 - A sinistra in alto e sotto due immagini radio del getto proveniente dal centro di M87. A destra in alto un’immagine in luce visibile scattata dal telescopio spaziale Hubble. Si può apprezzare come il getto mantenga direzione e collimazione fino a quando si schianta contro il mezzo intergalattico.

Quasi tutte le galassie hanno, al loro centro, un buco nero supermassivo, di taglia extra large: da un milione ad un miliardo di masse solari (vedi curiosità di Novembre 2013).
Sono diventati così grossi perchè hanno ingoiato un quantitativo corrispondente di gas, nel corso di qualche centinaio di milioni di anni.
Alcuni di questo buchi neri non hanno ancora finito di crescere, e continuano a ingoiare materia, la scaldano e le fanno emettere una quantità di luce prodigiosa, più di quella prodotta da tutte le stelle di una intera galassia.
E non è tutto: circa il 10 per cento di questi buchi neri, oltre a ingoiare materia, sono capaci di espellerne una parte, per formare due getti contrapposti (antiparalleli), che partono dalle immediate vicinanze del buco nero, e si distendono anche per milioni di anni luce.
Riescono quindi ad uscire, e di molto, dalla galassia che li ospita.
Sono visibili sopratutto se li guardiamo nelle onde radio, con i radiotelescopi, che riescono a produrre delle mappe spettacolari, anche se recentemente otteniamo delle fotografie splendide anche nella luce visibile (grazie al telescopio spaziale Hubble) e perfino nei raggi X (con i telescopi a raggi X del satellite Chandra).

Fig. 2 - Il getto di NGC 6251 e’ un chiaro esempio di come queste strutture riescano a rimanere collimate per grandi distanze. Partendo dal basso, si vede la struttura del getto su scale dell’ordine dell’anno luce (un parsec equivale a 3 anni luce). Su scale piu’ grandi il getto mantiene inalterata la sua direzione e collimazione (un megaparsec equivale a 3 milioni di anni luce.
Fig. 2 - Il getto di NGC 6251 è un chiaro esempio di come queste strutture riescano a rimanere collimate per grandi distanze. Partendo dal basso, si vede la struttura del getto su scale dell’ordine dell’anno luce (un parsec equivale a 3 anni luce). Su scale più grandi il getto mantiene inalterata la sua direzione e collimazione (un megaparsec equivale a 3 milioni di anni luce).

Quello che colpisce è la struttura filiforme, leggermente a cono, di questi getti. Alcuni sono dritti come fusi: come è possibile che abbiano mantenuto la stessa direzione per un centinaio di milioni di anni, o forse più?
Dentro al getto fluisce del plasma (cioè degli atomi che hanno perso i loro elettroni) estremamente caldo, che si muove a velocità maggiori del 99% della velocità della luce.
Quindi, invece di cadere verso il buco nero, questo plasma se ne allontana, e lo fa quasi alla velocità della luce! Dire che abbiamo capito il perchè sarebbe una bugia, diciamo che abbiamo qualche idea, ma non ancora conclusiva ...
Data l’alta velocità del plasma, la luce prodotta è altamente direzionale: in pratica quasi tutta la luce è prodotta nella direzione di moto del plasma, mentre ce n’è poca nelle altre direzioni.
Quindi, i getti sono come dei fari (però fissi): quando ci puntano addosso vediamo una luce amplificata, mentre quando puntano da altre parti diventano molto deboli. Per anni abbiamo creduto che i getti producessero soprattutto onde radio e radiazione ottica, adesso sappiamo invece che sono molto più potenti nella banda dei raggi gamma.
Quando guardiamo il cielo nei raggi gamma, i getti cosmici sono le sorgenti più numerose.

Fig. 3 - A sinistra: immagine a falsi colori del getto della radio-galassia 3C 98. Questo e’ un getto potente: si riconoscono il getto, l’hotspot e i lobi. A destra: immagine a falsi colori del getto della radio-galassia 3C 31. In questo caso il getto, meno potente, finisce senza produrre ne’ l’hotspot ne’ i lobi.
Fig. 3 - A sinistra: immagine a falsi colori del getto della radio-galassia 3C 98. Questo è un getto potente: si riconoscono il getto, l’hotspot e i lobi. A destra: immagine a falsi colori del getto della radio-galassia 3C 31. In questo caso il getto, meno potente, finisce senza produrre nè l’hotspot nè i lobi.

Ci sono varie famiglie di getti.
Ci sono quelli molto potenti, che terminano con uno scontro spettacolare contro il materiale intergalattico, formando così quelle che vengono chiamate "macchie calde" (hot spots) che alimentano degli aloni grandi, diffusi, che sono visibili soprattutto in radio. Questi getti sono potentissimi. La luce che fanno è una piccola parte della potenza che trasportano, senza tante perdite, per milioni di anni luce.
Poi ci sono i getti un po’ meno potenti, che non riescono ad arrivare integri fino alla fine.
Dopo un po’ (centinaia di migliaia di anni luce) si sfaldano, diventano evanescenti e scompaiono senza il botto finale.
La Figura 3 fa vedere un esempio per ciascuna di queste due famiglie di getti.
E infine ci sono i getti fatti da alcune sorgenti della nostra Galassia, che sembrano una versione riscalata dei getti cosmici.
Partono dalle vicinanze di un buco nero di taglia stellare o da una stella di neutroni, e anch’essi sono capaci di accelerare fino a velocità vicine a quella della luce (vedi curiosità del Febbraio 2010).
Pensate a quale straordinario mezzo di trasporto siano i getti.
Si formano nelle immediate vicinanze del buco nero, riuscendo non solo a sfuggire alla morsa mortale della sua gravità, ma in poco spazio accelerano fino ad andare quasi alla velocità della luce.
Trasportano plasma e campo magnetico, in quantità industriali. Strada facendo dissipano un po’ di energia, producendo la luce che vediamo, ma è come se fosse un pedaggio di autostrada, poca cosa rispetto all’energia trasportata totale.
E i più potenti di loro arrivano alla fine del viaggio ancora integri e veloci, pronti a fare l’ultimo fuoco d’artificio.

fuochi artificio

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