Introduzione

Una coppia di gigantesche bolle di raggi gamma centrate sul nucleo della galassia della Via Lattea sono state scoperte 10 anni fa dal Fermi Gamma-ray Space Telescope. Ma come fossero nate queste cosiddette “bolle di Fermi” era un mistero. 

Recentemente i ricercatori presso lo Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) dell’Accademia cinese delle scienze, hanno presentato un nuovo modello che per la prima volta possono contemporaneamente spiegare le origini sia delle bolle di Fermi che della Galactic center biconical X-ray structure, scoperta nel 2003.  

Secondo questo modello, le due strutture sono essenzialmente lo stesso fenomeno e sono state causata dalla esplosione derivante da una coppia di getti emessi da Sagittarius A* (Sgr A*) – il buco nero supermassiccio in agguato nel centro galattico – avvenuta circa cinque milioni di anni fa.

Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

Una stessa origine?

Le Fermi bubbles sono due macchie colossali riempite di gas molto caldo, raggi cosmici e campi magnetici. Anche se non possono essere viste ad occhio nudo, sono molto luminose nelle campo dei raggi gamma. Nei raggi gamma, le bolle di Fermi hanno bordi molto nitidi e questi coincidono bene con una struttura a raggi X chiamata Galactic center biconical X-ray structure

Osservando i bordi molto simili tra le bolle di Fermi e questa struttura, i ricercatori dello SHAO hanno realizzato che le strutture stesse potevano condividere la stessa origine. Inoltre, la struttura biconica potrebbe essere spiegata naturalmente dal guscio sottile compresso dagli urti di gas termico caldo guidato da un’esplosione di energia passata dal centro galattico. 

Nei precedenti modelli teorici e simulazioni al computer delle bolle di Fermi, sono state proposte due principali fonti energetiche concorrenti: la formazione stellare nel centro galattico e SgrA*. Tuttavia questi modelli non sono stati in grado di spiegare contemporaneamente le bolle di Fermi e la struttura biconica del centro galattico.

Lo stesso fenomeno

Al contrario, il modello teorico in questo studio, proposto da GUO Fulai e da dott. ZHANG Ruiyu di SHAO, ha usato simulazioni al computer per dimostrare per la prima volta che le bolle di Fermi e la struttura biconica a raggi X del centro galattico sono lo stesso fenomeno.  

In questo modello, il bordo delle bolle di Fermi deriva da una coppia di getti emessi da Sgr A* avvenuta circa cinque milioni di anni fa. “Una cosa buona di questo modello è che l’energia e l’età delle bolle di Fermi possono essere circoscirtte abbastanza bene dalle osservazioni a raggi X” ha detto l’autore GUO Fulai. L’età delle bolle calcolate in questo studio è anche coerente con quella derivata dalle recenti osservazioni ultraviolette di alcune nubi ad alta velocità dirette verso la regione delle bolle. 

Il nuovo modello indica che l’energia totale iniettata dal buco nero supermassiccio, durante l’evento delle bolle di Fermi, è vicina a quella rilasciata da circa 20.000 supernovae. La materia totale consumata da Sgr A* durante questo evento è stata di circa 100 masse solari. 

Un’altra cosa molto interessante che abbiamo trovato nel nostro studio è che se le bolle e la struttura biconica condividono la stessa origine, è molto improbabile che siano prodotte dalla formazione stellare o dai venti del buco nero“, ha detto GUO.

Il buco nero supermassiccio nella nostra stessa galassia è stato molto tranquillo negli ultimi anni, ma “il nostro studio suggerisce fortemente che una coppia di potenti getti emanati da esso circa cinque milioni di anni fa, è durata per circa un milione di anni e ha prodotto le gigantesche bolle di Fermi che si vedono ancora oggi“, ha aggiunto GUO.

Citazioni e Approfondimenti

  • Researchers Reveal Common Origin of Fermi Bubbles and Galactic Center X-ray Outflows – by Liu Jia, Chinese Academy of Sciences
  • Ruiyu Zhang et al. Simulating the Fermi Bubbles as Forward Shocks Driven by AGN Jets,http://www.cas.ac.cn/ The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/ab8bd0