Il campo J1030

01/09/2020

[La descrizione completa dei dati disponibili, risultati, ricercatori coinvolti e pubblicazioni relative al progetto si trova sul sito dedicato]

Una delle sfide piu’ affascinanti dell’astronomia extragalattica è tentare di spiegare come possa esistere una popolazione di buchi neri supermassicci già formati nel primo miliardo d’anni dell’Universo. Tali buchi neri vengono comunemente rivelati durante fasi di rapida crescita, quando brillano come quasar. Calcoli teorici ci dicono che questi oggetti devono essersi formati e cresciuti in ambienti densi all’interno di grandi aloni di materia oscura, ove la possibilità di alimentare e far crescere il buco nero è maggiore. La presenza di numerose galassie vicine al quasar potrebbe essere la spia rivelatrice di tali ambienti densi.

Il campo attorno al quasar a z=6.31 SDSS J1030+0524 ci fornisce verosimilmente la miglior evidenza dell’esistenza di una struttura su larga scala attorno ad un buco nero supermassiccio formatosi piu’ di 12 miliardi di anni fa. L’eccezionale copertura multi-frequenza di questo campo ha rivelato una sovradensità di galassie allo stesso redshift del quasar che si estende per diversi Mpc sul piano del cielo. Questa scoperta supporta l’idea che i buchi neri più distanti e massicci in effetti si formino e crescano entro grossi aloni di materia oscura (> 1012 M) connessi a strutture su più larga scala.

Lo stesso campo ospita un’altra struttura eccezionale, scoperta in maniera serendipita. Si tratta di un proto-cluster, cioè di un ammasso di galassie in fase di formazione, attorno ad una radio galassia potente di tipo FRII a z=1.7, in cui il rilascio di energia da parte dell’AGN nella FRII sembra accelerare i processsi di  formazione stellare in almeno quattro galassie della struttura. È un raro esempio di “AGN feedback” positivo e su larga scala, in cui il buco nero al centro della FRII influenza la formazione stellare contemporaneamente su più galassie e a distanze di centinaia di kpc. Di recente abbiamo scoperto che questo protocluster ospita grandi riserve di gas freddo molecolare che stanno alimentando la formazione stellare in diverse galassie, inclusa la galassia che ospita la FRII: tale oggetto è verosimilmente l’antenato della futura “Brightest Cluster Galaxy”.

Il campo J1030 e’ dunque un laboratorio unico per studiare la crescita di buchi neri distanti all’interno di strutture a larga scala che si stanno ancora aggregando. Da un lato, ci da la possibilità di capire se il rifornimento di materia al buco nero è davvero facilitato dalla presenza di grandi riserve di gas all’interno delle profonde buche di potenziale generate da grossi aloni di materia oscura, e/o dalle fusioni (mergers) fra galassie ricche di gas che avvengono di frequente in questi ambienti densi. Dall’altro lato, possiamo studiare quali sono gli effetti dell’energia rilasciata dal buco nero durante le fasi attive sulla struttura a larga scala attorno ad esso, ad esempio sulla termodinamica del gas “intra-cluster”, e/o sulla formazione delle galassie membri della struttura.

Il nostro gruppo sta raccogliendo dati a diverse frequenze utilizzando i migliori strumenti sia da terra che dallo spazio. Questi dati comprendono ad esempio programmi osservativi di tipo “large” con il telescopio a raggi X Chandra e con il radio-telescopio JVLA. Di recente abbiamo ottenuto dati nella banda millimetrica, ottica e radio usando, rispettivamente, ALMA, i telescopi VLT ed LBT, e il radio-telescopio LOFAR, la cui anaisi e’ ancora in gran parte in corso d’opera. La ricchezza e qualità dei dati raccolti sul campo di J1030 lo rendono una delle survey multi-frequenza piu complete e profonde attualmente disponibili su tutto il cielo.

Personale strutturato OAS coinvolto: Francesco Calura, Andrea Comastri, Roberto Decarli, Roberto Gilli, Giorgio LanzuisiMarco Mignoli, Eros Vanzella