La parola quasar sta per sorgente radio quasi stellare. I quasar hanno preso questo nome perché sembravano stellari quando gli astronomi hanno iniziato a notarli alla fine degli anni ’50 e all’inizio degli anni’ 60. Ma i quasar non sono stelle. Ora sono conosciute come giovani galassie, situate a grandi distanze da noi, con il loro numero che aumenta verso il bordo dell’universo visibile. Come possono essere così lontani eppure ancora visibili? La risposta è che i quasar sono estremamente luminosi, fino a 1.000 volte più luminosi della nostra galassia della Via Lattea. Sappiamo, quindi, che sono altamente attivi, emettendo quantità impressionanti di radiazioni attraverso l’intero spettro elettromagnetico.
Poiché sono lontani, stiamo vedendo questi oggetti come erano quando il nostro universo era giovane. Il quasar più antico, attualmente, è J0313-1806. La sua distanza è stata misurata come 13,03 miliardi di anni luce, e quindi la vediamo come era solo 670 milioni di anni dopo il Big Bang.
Cosa stava succedendo nel nostro universo in quel momento per rendere i quasar così sorprendentemente luminosi?
Gli astronomi ora credono che i quasar siano i centri estremamente luminosi delle galassie nella loro infanzia. Dopo decenni di intenso studio, abbiamo un altro termine per questi oggetti: un quasar è un tipo di nucleo galattico attivo, o AGN. Ci sono in realtà molti diversi tipi di AGNs, ognuno con la propria storia da raccontare. Si pensa che l’intensa radiazione rilasciata da un AGN sia alimentata da un buco nero supermassiccio al suo centro. La radiazione viene emessa quando il materiale nel disco di accrescimento che circonda il buco nero viene surriscaldato a milioni di gradi dall’intenso attrito generato dalle particelle di polvere, gas e altra materia nel disco che si scontrano innumerevoli volte l’una con l’altra.
La spirale interna della materia nel disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio – cioè al centro di un quasar – è il risultato di particelle che si scontrano e rimbalzano l’una contro l’altra e perdono slancio. Quel materiale proveniva dalle enormi nubi di gas, costituite principalmente da idrogeno molecolare, che riempivano l’universo nell’era poco dopo il Big Bang.
Così, posizionati come erano nell’universo primordiale, i quasar avevano una vasta scorta di materia di cui nutrirsi.
Quando la materia in un disco di accrescimento del quasar/buco nero si riscalda, genera onde radio, raggi X, luce ultravioletta e visibile. Il quasar diventa così luminoso che è in grado di eclissare intere galassie. Ma ricorda qu i quasar sono molto lontani. Sono così lontani da noi che osserviamo solo il nucleo attivo, o nucleo, della galassia in cui risiedono. Non vediamo nulla della galassia a parte il suo centro luminoso. È come vedere un faro lontano di notte: non hai idea di quale tipo di auto stai guardando, poiché tutto a parte il faro è nel buio.
D’altra parte, ci sono galassie che non sono classificate come quasar ma che hanno ancora centri luminosi e attivi dove possiamo vedere il resto della galassia. Un esempio di questo tipo di AGN è chiamato galassia di Seyfert dopo il compianto astronomo Carl Keenan Seyfert, che fu il primo a identificarli.
Le galassie di Seyfert costituiscono forse il 10% di tutte le galassie dell’universo: non sono classificate come quasar perché sono molto più giovani e hanno strutture ben definite, piuttosto che le galassie giovani piuttosto informi e amorfe che si presume abbiano ospitato quasar appena poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
Ma basta considerare la quantità di energia necessaria per illuminare un oggetto sufficientemente da renderlo visibile nelle onde radio dai più lontani confini dell’universo, come se un marinaio fosse in grado di intravedere un faro lontano attraverso un intero oceano. I quasar possono emettere fino a mille volte l’energia della luminosità combinata dei circa 200 miliardi di stelle nella nostra galassia della Via Lattea. Un quasar tipico è 27 trilioni di volte più luminoso del nostro sole! Sostituisci il sole nel cielo con un quasar e la sua incredibile luminosità ti accecerebbe istantaneamente se fossi abbastanza temerario da guardarlo direttamente. Se si dovesse posizionare un quasar alla distanza di Plutone, sarebbe vaporizzare tutti gli oceani della Terra a vapore in un quinto di secondo.
Gli astronomi credono che la maggior parte, se non tutte, le grandi galassie abbiano attraversato una cosiddetta “fase di quasar” nella loro giovinezza, subito dopo la loro formazione. Se è così, si sono abbassati di luminosità quando hanno finito la materia per alimentare il disco di accrescimento che circonda i loro buchi neri supermassicci. Dopo questa epoca, le galassie si stabilirono in quiescenza, i loro buchi neri centrali affamati di materiale di cui nutrirsi. Il buco nero al centro della nostra galassia è stato visto divampare brevemente, tuttavia, mentre il materiale di passaggio si allontana in esso, rilasciando onde radio e raggi X. È concepibile che intere stelle possano essere lacerate e consumate mentre attraversano l’orizzonte degli eventi di un buco nero, il punto di non ritorno.
Va sottolineato, tuttavia, che la nostra conoscenza dell’evoluzione delle galassie – dal quasar giovanile alla galassia di mezza età quiescente-è tutt’altro che completa. Le galassie spesso ci forniscono eccezioni, e come esempio non dobbiamo guardare oltre la nostra Via Lattea. Ora sappiamo, per esempio, che 3,5 milioni di anni fa ci fu una gigantesca esplosione nota come flare di Seyfert al centro della nostra galassia. Era apparentemente centrato sul Sagittario A*, il buco nero supermassiccio della Via Lattea, producendo due enormi lobi di plasma surriscaldato che si estendevano a circa 25.000 anni luce dai poli galattici nord e sud. Questi enormi lobi sono chiamati bolle di Fermi e sono visibili oggi alle lunghezze d’onda dei raggi gamma e X (emissioni elettromagnetiche ad altissima frequenza).
Quindi gli astronomi stanno ancora imparando le specifiche dell’evoluzione della galassia.
In effetti, la storia dei quasar non è stata una strada facile da seguire per gli astronomi. Quando i quasar furono scoperti per la prima volta alla fine del 1950, gli astronomi che utilizzavano radiotelescopi vedevano oggetti simili a stelle che irradiavano onde radio (quindi oggetti radio quasi stellari), ma che non erano visibili nei telescopi ottici. La loro somiglianza con le stelle, la loro luminosità e i piccoli diametri angolari portarono comprensibilmente gli astronomi del tempo a supporre che stessero guardando oggetti all’interno della nostra galassia. Tuttavia, l’esame degli spettri radio da questi oggetti li ha rivelati più misteriosi di quanto chiunque si aspettasse.
Molte prime osservazioni di quasar, incluse quelle di 3C48 e 3C273, i primi due quasar ad essere scoperti, furono fatte nei primi anni 1960 dall’astronomo britannico-australiano John Bolton. Lui ei suoi colleghi erano perplessi dal fatto che i quasar non erano visibili nei telescopi ottici. Volevano trovare le cosiddette “controparti ottiche” dei quasar, cioè un quasar che fosse visibile ai loro occhi in un telescopio piuttosto che essere rilevabile solo con strumenti radio.
Gli astronomi semplicemente non sapevano in quel momento che i quasar erano estremamente distanti, troppo distanti perché le loro controparti ottiche fossero visibili dalla Terra in quel momento, nonostante fossero oggetti intrinsecamente brillanti. Ma poi, nel 1963, gli astronomi Allan Sandage e Thomas A. Matthews trovarono quello che stavano cercando: quella che sembrava essere una debole stella blu nella posizione di un quasar noto. Prendendo il suo spettro, erano perplessi: sembrava nulla che avessero mai visto prima. Non potevano fare testa o croce di esso.
Quindi, utilizzando il telescopio Hale da 200 pollici (5 m), Bolton e il suo team sono stati in grado di osservare quasar 3C273 mentre passava dietro la luna. Queste osservazioni consentono anche loro di ottenere spettri. E di nuovo gli spettri sembravano strani, mostrando linee di emissione irriconoscibili. Queste linee dicono agli astronomi quali elementi chimici sono presenti nell’oggetto che stanno esaminando. Ma le linee spettrali del quasar erano prive di senso, sembrando indicare elementi che non dovrebbero essere presenti.
Fu l’astronomo Maarten Schmidt che – dopo aver esaminato le strane linee di emissione negli spettri dei quasar – suggerì che gli astronomi stavano vedendo linee di emissione normali che erano altamente spostate verso l’estremità rossa dello spettro elettromagnetico!
E così hanno avuto la loro risposta. Il redshift era dovuto alla grande distanza del quasar. La sua luce viene allungata dall’espansione dell’universo durante il suo lungo viaggio verso di noi dal bordo del cosmo visibile.
Ma se fosse davvero vero che i quasar erano tanto lontani quanto ai margini dell’universo visibile, come avrebbero potuto generare così copiose quantità di energia? Nel 1964, anche l’esistenza di buchi neri è stata oggetto di accesi dibattiti. C’erano molti scienziati che li consideravano nient’altro che mostri matematici, perché sicuramente non potevano esistere nell’universo reale.
Quindi il dibattito sulla natura dei quasar infuriò fino agli anni ‘ 70, quando una nuova generazione di telescopi terrestri e spaziali stabilì oltre ogni ragionevole dubbio che i quasar giacciono effettivamente a grandi distanze, che stiamo vedendo le galassie quando erano giovani, che lo stadio dei quasar è una fase naturale della loro crescita. Con i buchi neri finalmente presi sul serio, gli astronomi potrebbero finalmente modellare l’identità della centrale elettrica quasi incomprensibile dietro i quasar: buchi neri supermassicci che consumano quantità stupende di gas e irradiano grandi quantità di energia attraverso lo spettro come risultato.
Questo modello spiega perché i quasar siedono verso il bordo dell’universo visibile e perché non li vediamo più da vicino: perché i quasar sono giovani galassie, viste non molto tempo dopo la loro formazione nell’universo primordiale.
Lo studio dei quasar, e dei nuclei galattici attivi in generale, è arrivato lontano, ma c’è molto che ancora non capiamo. Tuttavia, credo che parte della nostra mancanza di comprensione sia un fallimento dell’immaginazione. È praticamente impossibile comprendere la quantità di energia generata dai motori dei buchi neri nel cuore dei quasar, quei mostri nell’oscurità. È altrettanto difficile capire quanto siano lontani da noi. Ma non è certo colpa nostra: i nostri poveri cervelli simiani non sono ben equipaggiati per affrontare tali concetti.
I Quasar sono solo un esempio di un animale nello zoo cosmico di cui bisogna solo accettare i fatti piuttosto che cercare di comprenderli.
Linea di fondo: I Quasar sono oggetti estremamente luminosi ed estremamente distanti. Si pensa che la loro enorme produzione di energia sia dovuta all’attività attorno al buco nero supermassiccio centrale in giovani galassie, vicino al bordo dell’universo osservabile.
Sono rimasti alcuni calendari lunari. Ordina il tuo prima che se ne vadano!