LOFAR rivela le cause degli ORC a doppia testa

Nuova indagine LOFAR svela rari Odd Radio Circles a doppia testa nello spazio profondo

Gli Odd Radio Circles (ORC) sono causati da diversi meccanismi possibili, tra cui onde d'urto provocate dalla fusione di buchi neri supermassicci, intensa formazione stellare che crea superventi o getti da nuclei galattici attivi visti frontalmente. I recenti risultati della LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) rivelano che gli ORC a doppia testa, caratterizzati da anelli gemelli che si intersecano, derivano probabilmente da getti radio bipolari che interagiscono con il plasma circostante negli ammassi di galassie. Questa scoperta, guidata dai ricercatori M. Brüggen, F. de Gasperin e G. Di Gennaro, amplia significativamente la nostra comprensione di queste rare strutture radio con bordi luminosi.

Il crescente mistero degli Odd Radio Circles (ORC) è iniziato nel 2019, quando queste enormi strutture ad anello sono state rilevate per la prima volta, lasciando perplessi gli astronomi per la loro simmetria circolare e l'assenza, all'epoca, di evidenti controparti ottiche. Questi fenomeni coprono tipicamente circa 1 minuto d'arco nel cielo, una scala che rappresenta centinaia di kiloparsec alle distanze cosmologiche in cui si trovano. Fino all'avvento di indagini ad alta sensibilità e bassa frequenza come LOFAR, queste strutture sono rimaste nascoste a causa della loro bassa luminosità superficiale e degli specifici intervalli di frequenza necessari per risolverne le deboli e diffuse emissioni.

Cosa causa gli ORC a testa singola e doppia nelle indagini LOFAR?

Gli ORC a testa singola sono prodotti da eventi energetici su scala galattica, come shock di terminazione da venti galattici o i resti di antiche esplosioni all'interno di galassie massicce. Al contrario, si ritiene che gli ORC a doppia testa, caratterizzati da morfologie complesse a due cerchi, siano il risultato di getti di plasma magnetizzato relativistico che emanano in direzioni opposte da un buco nero supermassiccio centrale. Questi getti interagiscono con l'ambiente locale formando strutture simmetriche con bordi luminosi che appaiono come anelli sovrapposti o adiacenti nelle lunghezze d'onda radio.

La metodologia impiegata da M. Brüggen e colleghi ha comportato una sofisticata analisi dei dati della LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) data release 3 (DR3) a 144 MHz. Per navigare tra i milioni di sorgenti radio presenti nel catalogo, il team ha utilizzato una combinazione di filtraggio automatico dei parametri e una rigorosa ispezione visiva manuale. Questo approccio ibrido ha permesso loro di isolare 18 sorgenti distinte con strutture simili agli ORC, inclusi cinque nuovi ORC a testa singola e due scoperte a doppia testa del tutto nuove. Incrociando questi risultati con i dati radio a 54 MHz e 1400 MHz, i ricercatori hanno potuto ricavare parametri critici come gli indici spettrali e le dimensioni fisiche.

Gli ORC sono associati alle galassie ellittiche?

Gli Odd Radio Circles (ORC) sono associati a grandi galassie ellittiche nella stragrande maggioranza dei casi osservati, le quali occupano tipicamente il centro geometrico degli anelli radio. Mentre le indagini precedenti non erano giunte a conclusioni definitive riguardo alla morfologia delle galassie ospiti, i dati ad alta risoluzione della mappatura LOFAR confermano che queste massicce galassie ellittiche fungono da "ancore galattiche" per il fenomeno. La presenza di queste specifiche galassie ospiti suggerisce che i processi energetici necessari per creare un ORC — come l'attività di un grande buco nero — siano intrinseci all'evoluzione delle galassie più massicce dell'universo.

I dati sul redshift derivati da queste controparti ottiche hanno permesso al team di ricerca di stimare le dimensioni fisiche di queste strutture con una precisione mai raggiunta prima. Lo studio ha rilevato una notevole correlazione tra la dimensione fisica degli Odd Radio Circles (ORC) e il loro indice spettrale integrato; nello specifico, gli ORC più piccoli sembrano evitare spettri radio ripidi. Questa eterogeneità suggerisce che la popolazione di ORC possa essere più diversificata di quanto sospettato in precedenza, consistendo di molteplici sottotipi formati da diverse condizioni ambientali o stadi di evoluzione galattica. I ricercatori hanno notato che identificare la galassia ospite è un passo fondamentale per determinare se l'anello sia un guscio sferico o un disco proiettato.

In che modo gli ORC sono collegati ai getti dei buchi neri supermassicci?

Gli ORC sono direttamente collegati ai getti dei buchi neri supermassicci, che fungono da motore primario per propellere plasma magnetizzato nel mezzo intergalattico. Questi getti relativistici creano una pressione enorme quando colpiscono il plasma termico circostante di un ammasso galattico, provocando uno shock di terminazione che si manifesta come un anello circolare con bordi luminosi. Questa relazione posiziona gli ORC come una registrazione visiva degli intensi cicli di feedback tra un buco nero supermassiccio e l'ambiente circostante nel corso di milioni di anni.

Le implicazioni di questa ricerca sono profonde per il campo della radioastronomia extragalattica, poiché mettono in discussione le attuali teorie riguardanti i modelli di origine "onda d'urto" rispetto a quelli "a getto". Mentre gli ORC a testa singola potrebbero potenzialmente essere spiegati da una singola onda d'urto sferica derivante da una fusione, gli ORC a doppia testa identificati nei dati LoTSS DR3 richiedono un meccanismo di produzione più complesso. La simmetria osservata in questi anelli gemelli supporta fortemente il modello del getto bipolare, in cui l'energia viene incanalata lungo un asse invece di espandersi uniformemente in tutte le direzioni. Ciò suggerisce che alcuni ORC potrebbero essere essenzialmente galassie radio tradizionali osservate da un orientamento specifico che ne enfatizza le sezioni circolari.

Guardando al futuro, la ricerca sugli Odd Radio Circles (ORC) dipenderà da indagini ancora più profonde e ad alta risoluzione. Il lavoro del team nell'ampliare la popolazione nota a 18 sorgenti fornisce una base statistica fondamentale per la modellazione futura. Le strutture di prossima generazione, come lo Square Kilometre Array (SKA), dovrebbero scoprire migliaia di queste strutture, permettendo agli astronomi di osservare le fasi di transizione della formazione degli ORC. Con il miglioramento della risoluzione, la comunità scientifica potrebbe finalmente stabilire se questi anelli cosmici siano caratteristiche comuni di tutte le galassie massicce o rari resti degli eventi più violenti dell'universo.

• Totale strutture ORC identificate: 18
• ORC a doppia testa trovati: 4 (comprese 2 nuove scoperte)
• Nuovi ORC a testa singola: 5
• Frequenza dell'indagine: 144 MHz (LoTSS DR3)
• Tipo di ospite primario: Galassie ellittiche massicce