Rilevata la nascita del gas caldo attorno a un quasar nell'universo primordiale

Un team internazionale di astronomi ha identificato per la prima volta la fase calda del gas intergalattico in un protoammasso risalente a quando l'universo aveva circa due miliardi di anni. La scoperta, pubblicata sulla rivista Astronomy & Astrophysics, si basa su oltre 634.000 secondi (circa 180 ore) di osservazioni del telescopio spaziale Chandra della NASA. Il telescopio ha rilevato un'estesa emissione di raggi X attorno a un quasar situato al centro del protoammasso MQN01, un agglomerato di galassie ancora in fase di formazione. Il gas osservato, con temperature di circa 20 milioni di kelvin, si estende per circa 100.000 anni luce e rappresenta il momento iniziale della formazione del cosiddetto mezzo intra-ammasso, l'atmosfera calda che oggi avvolge i grandi ammassi di galassie.

La ricerca è stata condotta da Andrea Travascio, ricercatore dell'Istituto nazionale di astrofisica (INAF), e da Sebastiano Cantalupo, professore di astrofisica all'Università di Milano-Bicocca, insieme a un ampio team di collaboratori provenienti da numerosi istituti internazionali. «La domanda scientifica centrale è capire come si formi questa fase calda: quali siano le condizioni fisiche del gas durante la sua formazione e quali processi contribuiscano al suo riscaldamento», ha spiegato Travascio. I dati mostrano proprietà straordinarie che potrebbero fornire le prime informazioni su come si è formata la componente calda del mezzo circumgalattico, un elemento chiave per comprendere l'evoluzione delle strutture su larga scala dell'universo.

Fino a oggi, le rare emissioni di raggi X estese a grandi distanze erano state osservate solo in corrispondenza di galassie attive radio-forti, dove la radiazione è prodotta da getti di particelle relativistici. Il quasar al centro di MQN01 è invece radio-quiet, il che esclude ogni contaminazione dovuta a getti. «Siamo di fronte a una delle più lontane rilevazioni di emissione X termica estesa associata alla formazione di gas caldo in regioni dense dell'universo, che probabilmente evolverà nel conosciuto mezzo intra-ammasso locale», ha aggiunto Cantalupo. Il team ritiene che il gas freddo, precipitando nel potenziale gravitazionale dell'alone massiccio, si sia riscaldato per effetto di shock gravitazionali, raggiungendo densità e pressioni da uno a due ordini di grandezza superiori a quelle osservate negli ammassi dell'universo locale.

Il risultato è stato possibile grazie a un'intuizione metodologica di Andrea Travascio, che ha deciso di applicare a questi lontanissimi e iperluminosi quasar dell'universo primordiale un metodo di analisi solitamente riservato alle galassie di Seyfert, che ospitano buchi neri attivi nell'universo locale. La sfida principale è stata isolare la debole luce diffusa del gas dall'accecante bagliore del buco nero centrale. «All'inizio eravamo noi stessi estremamente scettici», ha ricordato Travascio. «Vista l'eccezionalità del dato, abbiamo setacciato ogni spiegazione alternativa: dai deflussi artificiali alle contaminazioni strumentali o ad altri effetti insospettati. Ma ogni scenario alternativo si è scontrato con limiti teorici insuperabili. La spiegazione termica è l'unica coerente con i dati fisici».

Nonostante le difficoltà tecniche affrontate da Chandra nelle fasi finali della sua missione, il satellite ha dimostrato ancora una volta di essere uno strumento straordinario, capace di produrre risultati scientificamente rilevanti anche dopo decenni di attività. Il team sta già analizzando numerosi pacchetti di dati d'archivio relativi a centinaia di altri quasar per comprendere se questa fase di riscaldamento sia comune ai protoammassi o se MQN01 rappresenti un caso raro. Il futuro dell'indagine è già tracciato: il gruppo ha ottenuto tempo di osservazione con il telescopio ALMA dell'ESO, in Cile, per cercare conferme indipendenti. Le risposte definitive sulla distribuzione di questo gas caldo arriveranno dai telescopi spaziali per raggi X di prossima generazione, come AXIS e NewAthena, che permetteranno di studiare con maggiore dettaglio queste strutture primordiali.