Il legame tra luminosità dei quasar e aloni di materia oscura
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La combinazione dei dati di Planck sulla radiazione cosmica di fondo e le principali survey di quasar rema a favore dei modelli dominanti: i due fattori sono in relazione lineare


Fonte J. E. Geach et al. The Halo Mass of Optically Luminous Quasars at z ≈ 1–2 Measured via Gravitational Deflection of the Cosmic Microwave Background, The Astrophysical Journal (2019)


Deflessione gravitazionale da parte di un quasar contenente materia oscura. Credit: David Tree et al.
Deflessione gravitazionale da parte di un quasar contenente materia oscura. Credit: David Tree et al.

Gli scienziati hanno utilizzato le piccolissime distorsioni impresse alla radiazione cosmica di fondo dalla gravità della materia presente nell'universo, registrate dal satellite Plack di ESA, per scoprire la connessione tra luminosità dei quasar e la massa dei più grandi aloni di materia oscura che li custodiscono. Il risultato è una importante conferma per la conoscenza dell'evoluzione galattica lungo la storia cosmologica.

Molte galassie nell'universo, se non tutte, sono dotate di un buco nero supermassivo centrale. Gran parte di questi buchi neri è dormiente ma circa l'1% è classificata come AGN , caratterizzata da un processo di accrescimento proprio a favore del buco nero. 

 

Non è ancora chiarissimo cosa vada ad attivare i buchi neri ma è molto probabile che i quasar giochino un ruolo molto importante nella regolazione dell'evoluzione della galassia ospite e delle galassie in generale. Proprio per questo la relazione tra quasar, galassia ospite e ambiente a larga scala è cruciale.

Uno studio della University of Hertfordshire ha combinato i dati di Planck con le maggiori survey di quasar per indagare proprio su questa relazione. Secondo lo scenario più accreditato, le galassie prendono origine dalla materia ordinaria nei punti di maggiore accumulazione della rete cosmica, a sua volta composta in via dominante dalla materia oscura. La distribuzione di queste due tipologie di materia ha origine da piccolissime fluttuazioni nell'universo primordiale, registrate nella radiazione cosmica di fondo.

Il satellite Planck ha scansionato il cielo tra il 2009 e il 2013 creando la più precisa mappa della radiazione di fondo e consentendo agli scienziati di affinare le stime circa età, espansione, storia e contenuto dell'universo. Le misurazioni di Planck risentono anche dei fenomeni di lente gravitazionale , che trasporta una firma sulla distribuzione a larga scala della materia. Queste distorsioni gravitazionali sono molto piccole e ridisegnano la radiazione di fondo a scale di circa 10 minuti di arco, ma molte deboli deflessioni possono essere combinate con metodi statistici per ottenere un segnale decisamente più forte. Combinando i dati di Planck con duecentomila quasar è stato possibile misurare la massa degli aloni di materia oscura che avvolgono le galassie e investigare sul modo con il quale gli aloni si dispongano in base alla luminosità dei quasar.

Il risultato dice che più luminoso è un quasar e più massivo è l'alone di materia oscura: l'energia che viene rilasciata nelle immediate vicinanze di un buco nero supermassivo, una zona di pochi giorni luce, è legata alla massa dell'alone di materia oscura che circonda l'ambiente e che si estende per milioni di anni luce intorno al quasar.

La scoperta supporta i modelli teorici di formazione dei quasar, che prevedono una correlazione tra luminosità e massa dell'alone.