I quasar: cosa sono, come funzionano?
I quasar sono tra gli oggetti più energetici e controversi dell'intero universo. Occupano la parte centrale delle galassie e sono immersi in un gas denso, ma la loro luce risulta difficile da analizzare.
Il nome deriva dal fatto che questi oggetti inizialmente furono scoperti come potenti sorgenti radio, con una controparte puntiforme dalla forma a stella ed il termine fu coniato dall'astrofisico Hong-Yee Chiu.
Si tratta di buchi neri galattici molto antichi che ingoiano una quantità enorme di materia che viene assimilata emettendo un'energia migliaia di volte più grande di quella prodotta dalle centinaia di miliardi di stelle presenti nella Via Lattea.
L’origine dei quasar e le osservazioni
I primi quasar furono scoperti attraverso i radiotelescopi all’inizio degli anni sessanta. In questo decennio si tennero numerosi dibattiti riguardo la loro vicinanza o lontananza dalla Terra. Inoltre alcuni suggerivano che i quasar fossero composti da antimateria , mentre altri che fossero semplici buchi bianchi. I dubbi si sciolsero con la proposta del meccanismo del disco di accrescimento e oggi la distanza cosmologica dei quasar viene accettata da quasi tutti.
Negli anni novanta, le immagini di vari quasar fornite dal telescopio spaziale Hubble permisero di scoprire le galassie ospiti di questi oggetti, fornendo così una prova decisiva per il loro inquadramento nel modello delle galassie attive.
La luminosità dei quasar è estremamente elevata nonostante le dimensioni relativamente ridotte. Questa luminosità è dovuta dall’attrito causato da gas e polveri che cadono in un buco nero supermassiccio formando un disco di accrescimento, un meccanismo che converte circa la metà della massa di un oggetto in energia, anche se i processi di questa enorme produzione sono ancora sconosciuti. Questo meccanismo spiega anche perchè i quasar fossero molto più numerosi in epoca primitiva, dato che la produzione di energia cessa quando il buco nero supermassiccio ha consumato tutto il gas, le polveri e le stelle attorno ad esso. Ciò significa che la maggior parte delle galassie, compresa la nostra Via Lattea, sia passata da una fase attiva ad una passiva e quiescente per mancanza di rifornimento di materia del buco nero.
Proprietà cosmologiche dei quasar
Tuttavia, il quasar può sempre riaccendersi se nuova materia viene sospinta verso il centro della galassia, come nel caso delle galassie interagenti, influenzate dalla reciproca forza di gravità, nelle quali il numero di quasar risulta essere maggiore. Questi oggetti suggeriscono anche alcuni indizi sulla reionizzazione dell’universo; i quasar più vecchi presentano chiare regioni di assorbimento, il che sta ad indicare che il mezzo intergalattico del tempo era gas neutro; quelli più recenti non mostrano regioni di assorbimento, ma un’area piuttosto confusa conosciuta con il nome di foresta Lyman-alfa. Ciò sta ad indicare che il mezzo intergalattico in questo caso ha subito una reionizzazione ridiventando plasma, e che il gas neutro esiste solo in piccole nubi.
I quasar sono inoltre caratterizzati dalla presenza di elementi più pesanti dell’elio. Questo è dovuto al fatto che le galassie, all’inizio della loro vita, hanno sperimentato una fase di massiccia formazione stellare creando stelle di popolazione III tra l’era del Big Bang ed i primi quasar osservati. Ma fino al 2004, non è stata ancora trovata nessuna evidenza a favore di queste stelle e se non saranno trovate negli anni a venire o non verrà data una spiegazione plausibile della presenza di elementi pesanti, si dovrà riconsiderare l’intero attuale modello dell’Universo.
Uno dei quasar a noi più vicini è 3C 273, con una magnitudine pari a tredici è anche uno tra i più studiati, soprattutto per il forte getto di gas che sprigiona nello spazio per circa 150.000 anni luce. È stato osservato a circa tre miliardi di anni luce da noi, risultando più luminoso di migliaia di galassie contenenti ciascuna cento miliardi di stelle. Se si trovasse a trentadue miliardi di anni luce dal nostro pianeta, illuminerebbe il cielo quanto il Sole. Analizzando lo spettro elettromagnetico dell’oggetto, si inizia a comprendere la natura dei processi fisici alla base di queste enormi fonti di energia.
Ipotesi sull’osservazione ed il funzionamento
Conoscere e descrivere la storia dei quasar significa porre un tassello decisivo per costruire la vita dell’intero universo. Sarebbe di fondamentale importanza, ad esempio, analizzare l’interazione di questi oggetti enigmatici con la galassia di cui fanno parte. Per fare ciò, è necessario saper leggere attentamente la luce che riesce a filtrare attraverso le dense strutture galattiche poste a distanze veramente proibitive.
Solo potenti telescopi potrebbero riuscire in questa impresa. Ci ha provato il SALT sudafricano osservando attentamente dieci quasar mettendo a fuoco le loro proprietà ed i collegamenti con le galassie. Si è scoperto che la potenza dei quasar è nettamente superiore a quanto si pensasse; le radiazioni emesse dal gas che precipita verso il buco nero superano i limiti esterni della galassia. Per la prima volta si è studiato l’effettivo campo d’azione del buco nero e del quasar ad esso associato. Quest’ultimo copre l’intera galassia, influenzandone la crescita e le sue caratteristiche, la radiazione copre l’intero spettro elettromagnetico, dalle onde radio fino ai raggi gamma, passando per l’infrarosso, l’ultravioletto ed i raggi X. Come detto prima, è proprio il gas che precipita verso il buco nero a produrre questa energia che illumina e colpisce tutto il gas galattico.
Il gas che viene investito da tale potenza, in qualsiasi punto della galassia si trovi, viene stimolato come avviene per il neon di una lampadina, producendo luce e frequenze particolari, che servono come traccianti per studiare gli effetti della radiazione del quasar fino ai confini della galassia. La dimensione dei quasar risulta ridicola se confrontata a quella di una galassia, sarebbe l’equivalente di un granello di sabbia in una spiaggia immensa. Tuttavia, la loro potenza sembra non avere confini perchè l’illuminazione del gas galattico da parte del quasar ha un effetto profondo e fondamentale, infatti, il gas si riscalda e fatica a collassare sotto il peso della propria gravità rispetto a quanto accadrebbe in condizioni di bassa temperatura.
Di conseguenza, il quasar rallenta notevolmente il tasso di formazione stellare e quindi tutta la vita della galassia comportandosi come un controllore attento delle nascite di stelle future non solo su scala locale, ma anche su tutta la galassia.
