Quasar

I quasar sono oggetti astronomici con un nucleo molto luminoso, che è alimentato da un buco nero supermassiccio. Questo buco nero può avere una massa pari a miliardi di volte quella del nostro Sole. Si trovano al centro di galassie attive. I quasar sono chiamati così perché sembrano stelle, sono oggetti "quasi-stellari", ma emettono segnali radio molto forti. Sono tra gli oggetti più lontani e più luminosi che conosciamo nell'universo. Anche se sono molto distanti da noi, sono così luminosi che possono sembrare più brillanti di un'intera galassia. La luce che emettono può viaggiare per miliardi di anni prima di raggiungere la Terra. Questo significa che quando osserviamo un quasar, stiamo in realtà guardando indietro nel tempo, verso l'universo primordiale così com'era miliardi di anni fa.

La maggior parte dei quasar conosciuti si trova a distanze comprese tra 5 e 13 miliardi di anni luce, quindi sono oggetti molto antichi, formatisi nelle fasi iniziali dell'universo. Questo aspetto suggerisce che nei periodi primordiali, le galassie possedevano maggiore massa disponibile per alimentare i buchi neri nei loro nuclei, il che potrebbe spiegare l'assenza di quasar nelle vicinanze della nostra galassia. Il quasar più lontano che abbiamo scoperto si chiama ULAS J1120+0641. È a una distanza di 28,85 miliardi di anni luce da noi. Considerando l'espansione dell'Universo nel corso del tempo e la velocità della luce, questo vuol dire che osservandolo, stiamo guardando eventi accaduti 770 milioni di anni dopo il Big Bang.

Il nome "quasar" deriva da un acronimo inglese "QUAsi Stellar Astronomical Radiosource" che significa "sorgente radio quasi-stellare". Questo nome è stato dato a questi oggetti quando sono stati scoperti per la prima volta, perché nelle immagini radioastronomiche sembravano piccole stelle. Il primo quasar, chiamato 3C 273, è stato identificato nel 1963 da un astronomo di nome Maarten Schmidt. Questa scoperta ha cambiato il modo in cui capiamo l'universo, perché ci ha fatto capire che esistono oggetti molto lontani e molto luminosi.

I quasar emettono radiazioni in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi gamma. Originariamente osservati nella banda radio, si scoprì ben presto che meno dell'1% dei quasar ha emissioni significative in questa banda. La maggior parte dei quasar oggi viene identificata attraverso le loro emissioni nell'ultravioletto. Queste caratteristiche li rendono gli oggetti più luminosi dell'universo. La loro luminosità subisce rapide fluttuazioni, suggerendo dimensioni relativamente piccole, ben inferiori a quelle di un bulge galattico.

Dal punto di vista teorico, i quasar sono classificati come AGN (Active Galactic Nuclei), nuclei galattici attivi. La loro attività è spiegata dalla presenza di buchi neri supermassicci nei loro nuclei galattici. La materia vicina al buco nero, composta da gas e polveri, forma un disco di accrescimento e si riscalda enormemente a causa delle forze di attrito, emettendo quindi una grande quantità di radiazione. Lo spettro di un quasar è caratterizzato da una componente a bassa energia, visibile nelle bande radio e infrarosse, e da una ad alta energia, principalmente nei raggi X e gamma.

Lo studio dei quasar

La loro storia inizia nella metà del XX secolo, un'epoca in cui le tecniche radioastronomiche erano ancora in fasi iniziali. Nonostante le limitazioni tecnologiche di quel periodo, gli astronomi scoprirono queste fonti luminose, apparentemente stellari ma caratterizzate da intense emissioni radio. Il primo passo significativo nella comprensione dei quasar venne compiuto nel 1963 dall'astronomo inglese Cyril Hazard, che utilizzò l'occultazione lunare per determinare la posizione esatta di una sorgente radio. Questo studio portò alla sorprendente scoperta che i quasar erano molto più distanti di quanto originariamente ipotizzato, situandosi a miliardi di anni luce dalla nostra galassia. Inoltre, si rivelarono oggetti di incredibile luminosità, superando di mille volte la luminosità di un'intera galassia.

Come ha origine un quasar

È probabile che i quasar si formino quando due galassie collidono tra loro. Durante questa collisione, i gas delle galassie entrano in contatto con i buchi neri supermassicci, che si trovano comunemente al centro delle galassie. Questo contatto rilascia una quantità considerevole di energia e luce attraverso il disco di accrescimento che circonda il buco nero.

Perché i quasar sono così luminosi

Quando la materia cade in un buco nero, si forma un disco di accrescimento che ruota attorno ad esso, prendendo la forma di una spirale. Durante questo processo, l'attrito generato nel disco produce grandi quantità di energia, che vengono rilasciate sotto forma di luce e radiazioni. Nel frattempo, la materia nel disco viene compressa e riscaldata. Questo meccanismo è estremamente efficiente, in quanto converte circa la metà della massa della materia in energia. Per fare un confronto, i processi di fusione nucleare che alimentano il Sole convertono solo una piccola percentuale di massa in energia. I quasar emettono radiazioni in diverse frequenze, che vanno dai raggi gamma e i raggi X all'infrarosso e alle frequenze radio. Inoltre, i quasar espellono getti di particelle cariche ad altissime velocità dai poli del buco nero, che possono estendersi per milioni di anni luce nello spazio intergalattico.

Questo meccanismo spiega anche perché i quasar erano più comuni nell'universo primordiale, quando le galassie interagivano più frequentemente. Quando un buco nero ha consumato tutto il gas, la polvere e le stelle nelle sue vicinanze, la produzione di energia si interrompe. Fa ipotizzare che molte galassie, inclusa la nostra Via Lattea, potrebbero aver avuto una fase "attiva" iniziale in cui ospitavano un quasar al loro centro, ma ora sono "quiescenti" o inattive poiché il buco nero ha esaurito il suo combustibile. Tuttavia, se una grande quantità di materia fosse spinta di nuovo verso il centro della galassia, ad esempio a causa di una collisione con un'altra galassia, il quasar potrebbe "riaccendersi". Infatti, è stato osservato che la percentuale di quasar è più elevata nelle galassie che interagiscono tra loro rispetto alle galassie "normali".

Quali sono le dimensioni di un quasar

Nonostante la loro luminosità intensa, i quasar hanno dimensioni relativamente ridotte, paragonabili a pochi anni luce o all'intero sistema solare. Questa conclusione si basa sulla notevole variabilità della loro luminosità, che può cambiare rapidamente anche in brevi periodi di tempo.

Dove si trovano i quasar

La maggior parte dei quasar osservati si trova a distanze corrispondenti a un redshift superiore a 0.1, che rappresenta uno spostamento verso il rosso della luce causato dall'espansione dell'universo. Ciò implica che essi si trovano a una distanza di almeno un miliardo di anni luce. La loro grande distanza e luminosità li rende eccezionali come strumenti per studiare l'universo remoto e l'evoluzione delle galassie. Inoltre, la luce dei quasar che attraversa le nubi di gas intergalattico può fornire importanti informazioni sulla composizione chimica e la struttura dell'universo.