Un’immagine dell’ammasso della Fenice costruita con osservazioni dal Telescopio Spaziale Hubble, dall’Osservatorio a raggi X Chandra e dal radiotelescopio Very Large Array. (Crediti immagine: NASA, CXC, NRAO, ESA, M. McDonald (MIT).)
Come si raffredda una fenice? Non mi riferisco agli uccelli mitologici di fuoco e rinascita, ma piuttosto a un omonimo cosmico con una natura adeguatamente infuocata. Utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb (JWST), gli astronomi potrebbero finalmente avere la risposta. Hanno usato il potente strumento per investigare il raffreddamento estremo del gas nell’ammasso della Fenice, un gruppo di galassie legate dalla gravità situato a circa 5,8 miliardi di anni luce dalla Terra.
Le stelle possono formarsi solo quando il gas è sufficientemente freddo da aggregarsi in zone eccessivamente dense, motivo per cui gli scienziati sono particolarmente interessati a come l’ammasso della Fenice formi stelle. Infatti, questa sezione dell’universo forma stelle a un ritmo incredibile. Questo ritmo incredibile persiste nonostante il fatto che al centro dell’ammasso della Fenice ci sia un buco nero supermassiccio 10 miliardi di volte più massiccio del sole. Questo mostruoso buco nero agisce come un acceleratore di particelle naturale che allontana il gas e lo mantiene caldo — secondo la teoria, questo dovrebbe limitare la formazione stellare. Questa apparente contraddizione ha portato l’ammasso della Fenice a diventare un oggetto di mistero.
La nuova indagine del JWST potrebbe finalmente mettere fine alla confusione, tuttavia, costruendo su un decennio di studi precedenti condotti utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble, l’Osservatorio a raggi X Chandra e una ricchezza di osservatori terrestri. “Possiamo paragonare i nostri studi precedenti sull’ammasso della Fenice, che hanno trovato tassi di raffreddamento differenti a temperature diverse, a una pista da sci,” ha detto Michael McDonald del Massachusetts Institute of Technology a Cambridge e investigatore principale del programma, in una dichiarazione. “L’ammasso della Fenice ha il più grande serbatoio di gas caldo in raffreddamento di qualsiasi ammasso di galassie — analogo ad avere la seggiovia più affollata, portando il maggior numero di sciatori in cima alla montagna. Tuttavia, non tutti quegli sciatori stavano scendendo la montagna, il che significa che non tutto il gas si stava raffreddando a basse temperature.
“Se avessi una pista da sci dove c’erano significativamente più persone che scendevano dalla seggiovia in cima rispetto a quelle che arrivavano in fondo, sarebbe un problema!” Questo team pensa che il JWST abbia finalmente localizzato questi “sciatori mancanti” intrappolati a metà strada lungo la “montagna” della temperatura dell’ammasso della Fenice.
Gli ‘sciatori mancanti’ sulla pista dell’ammasso della Fenice
Utilizzando lo strumento Mid-Infrared Instrument (MIRI) del JWST, il team ha raccolto dati spettroscopici 2D dalla regione del cielo contenente l’ammasso della Fenice, studiando così il nucleo di questo gruppo di galassie in dettaglio senza precedenti. Questo ha aiutato i ricercatori a localizzare il gas di raffreddamento “mancante” che contribuisce alla formazione stellare. Hanno anche scoperto che questo gas, con una temperatura di circa 540.000 gradi Fahrenheit (300.000 gradi Celsius), si trovava all’interno di cavità nell’ammasso della Fenice.
Queste cavità tracciano sia il gas incredibilmente caldo, con temperature di 18 milioni di gradi Fahrenheit (10 milioni di gradi Celsius), sia il gas raffreddato, che è di 18.000 gradi Fahrenheit (10.000 gradi Celsius). “Studi precedenti misuravano solo il gas agli estremi freddi e caldi della distribuzione della temperatura in tutto il centro dell’ammasso,” ha detto McDonald. “Eravamo limitati — non era possibile rilevare il gas ‘caldo’ che stavamo cercando. Con il JWST, abbiamo potuto farlo per la prima volta.”
La sensibilità di MIRI ha ricevuto un impulso in questa indagine da un fenomeno naturale nell’ammasso della Fenice che vede atomi di neon e ossigeno ionizzati, o privati di elettroni, in ambienti simili. Sebbene l’ossigeno ionizzato sia molto più luminoso, è visibile solo nelle lunghezze d’onda ultraviolette della luce. Il neon, sebbene più debole, emette luce infrarossa, che il JWST è stato costruito per vedere. “Nelle lunghezze d’onda del medio infrarosso rilevate dal JWST, la firma del neon VI era assolutamente esplosiva,” ha detto il leader del team e ricercatore del Massachusetts Institute of Technology Michael Reefe nella dichiarazione. “Anche se questa emissione è di solito più difficile da rilevare, la sensibilità del JWST nel medio infrarosso taglia attraverso tutto il rumore.”
Sebbene l’ammasso della Fenice sia un conglomerato unico di galassie in termini di molte delle sue caratteristiche, il team ora mira a utilizzare questa tecnica di “prova di concetto” e la sensibilità di MIRI per studiare anche altri ammassi di galassie. La ricerca del team è stata pubblicata il 5 febbraio sulla rivista Nature.