QSO - Quasar

Per anni, i quasar sono stati oggetti così misteriosi e sfuggenti, da mettere alla prova ogni tentativo dargli una definizione, persino per menti dalle capacità analitiche superiori a quella di Sherlock Holmes.

Sin dalla loro scoperta, avvenuta nel 1963, gli astronomi hanno cercato di violare il segreto che permette a queste dinamo compatte situate ai confini dell'universo, di produtte così tanta energia.
Non più grandi del nostro sistema solare, emettono più luce di galassie formate da miliardi di stelle, la luce di questi fari hanno lasciato impronte e tracce in abbondanza ma solo adesso gli scienziati hanno iniziato a comprenderne la natura.

Apparendo in cielo come deboli stelle, nessuno ne sospettò la vera natura, i quasar rimasero così nascosti per secoli, ma nel 1940, gli scienziati che studiavano le onde radio, scoprirono che gli oggetti celesti emettevano onde radio: nasceva la radioastronomia.

Gli astronomi iniziarono subito ad esaminare il cielo cercando quanto più possibile oggetti che emettevano radioonde e cercando di collegarli alle controparti visibili nell'ottico. Questa ricerca portò a diverse sorgenti radio, la cui posizione coincideva con quella di oggetti di tipo stellare.

Gli astronomi Allen Sandage e Thomas Matthews cercarono nel 1960, di svelare il mistero di questi oggetti. Le loro perplessità venivano dal ritrovamento di una strana radiosorgente che, nel visibile sembrava essere una debole stella ma che nelle radioonde e nell'ultravioletto emmetteva molte più radiazioni di una stella.

Nel 1962, il radioastronomo britannico Cyril Hazard aprì una crepa nel muro che circondava questi oggetti: sua fu l'idea ingegnosa di utilizzare la Luna come indicatore per individuare la posizione della sorgente radio con una precisione, mai ottenuta prima, di un secondo d'arco.
Quando il nostro satellite sarebbe passato davanti ad una radiosorgente (fenomeno noto come occultazione), Hazard ne avrebbe annotato con precisione il momento della scomparsa e della riapparizione del segnale.

Non riuscì però a registrare le informazioni. Era all'Università di Sidney e decise di compiere le osservazioni al Parkes Radio Telescope (a destra), situato a diverse centinaia di chilometri nell'entroterra australiano.
Arrivò la notte dell'osservazione ma prese il treno sbagliato e la sua occasione andò perduta. Fortunatamente, John Bolton, direttore dell'osservatorio ed altri astronomi compirono le osservazioni anche se ebbero i loro bei problemi: si accorsero subito che non avrebbero potuto puntare il telescopio per tutta la durata dell'occultazione ! Dovettero tagliare un gruppo di alberi e rimuovere alcuni bulloni di sicurezza del telescopio per poter ruotare a sufficienza il telescopio, del peso di migliaia di tonnellate, e seguire per tutta la durata il fenomeno.

Gli astronomi osservarono una sorgente radio assimilabile ad un oggetto di tipo stellare, in seguito nota come 3C 273 (a sinistra: 1 immagine radio, 2 immagine ottica), nella costellazione della Vergine. Sebbene sembrasse una stella ordinaria, a parte un curioso piccolo ciuffo visibile a quel momento solo nell'ottico, possedeva una caratteristica particolare: emetteva una quantità tremenda di segnali radio. L'analisi dello spettro rivelava qualcosa di estremamente differente da quanto osservato fino ad allora.

Che cos'era questo oggetto ? Nel 1963 Maarten Schmidt del Mount Palomar Observatory decifrò il mistero. Lo spettro conteneva alcune strane ampie linee di emissione (tutti i quasar hanno delle forti linee in emissione sia larghe che strette e questo permette una chiara identificazione del redshift), che all'inizio generarono un pò di confusione, ma Schmidt arrivò presto alla conclusione: si trattava di normalissime linee dell' idrogeno. Peraltro, queste ultime erano spostate talmente (del 15,8%) verso la parte rossa dello spettro visibile, da rendenderle irriconoscibili.

La spiegazione possibile era una sola: questo oggetto si stava allontanando dalla Terra ad almeno 48.000 chilometri al secondo, il che significava che si trovava a 3 miliardi di anni luce di distanza.
Inoltre, la luminosità di molti di questi oggetti subiva variazioni fin del 10% nell'ordine di qualche giorno (ne sono state scoperti alcuni che hanno variazioni nell'ordine dei minuti!), il che lasciava supporre che avessero dimensioni di pochi giorni luce.

A questi oggetti fu dato prontamente il nome di quasi-stellar radio sources, radiosorgenti quasi stellari, contratto poi in quasar.

L'interpretazione di Maarten Schmidt aprì gli occhi a tutti gli altri astronomi e presto i tasselli dei loro puzzle iniziarono a prendere la giusta posizione.

Si apriva ora la caccia alla definizione di questi oggetti. Come si erano formati? Cosa li alimentava? Si trovavano all'interno delle galassie? Come potevano oggetti delle dimensioni di pochi mesi luce di diametro emettere tanta radiazione?

"La ricerca sui quasar divenne una delle principali attività" racconta l'astronomo Mike Disney, che decise di diventare astronomo quando lesse un racconto sulla scoperta dei quasar "Era eccitante, chiaramente si trattava di un nuovo fenomeno fisico"

Gli astronomi si gettarono nella scoperta di altri oggetti di questo tipo. Da allora, ne sono stati identificati migliaia. Sandage trovò quasar che non emettevano onde radio: questi quasar "radio quieti" rappresentano il 99 % della popolazione ed il termine quasi stellar object o QSO fu giudicato più adatto a descriverne la natura. Di quest'ultimi, sebbene il censimento nell'ottico sia stato effettuato solo per una regione del cielo estremamente limitata, si ritiene ne esistano a milioni, distribuiti in modo abbastanza omogeneo nell'intera sfera celeste.

Le teorie sulla natura di questi oggetti abbondano. Una mette in discussione la definizione di redshift, lo spostamento verso il rosso, la misura della velocità di recessione di un oggetto. Più lontano si trova, maggiore e quindi più spostata verso il rosso, la lunghezza d'onda. Potrebbe essere che i quasar, che hanno redshift elevato poiché sono molto lontani, non siano in realtà così distanti e quindi il redshift sia la misura di qualcos'altro, teoria questa, respinta da molti astronomi.

Gli astronomi hanno fatto progressi considerevoli nella strada che porta alla comprensione dei quasar ma rimangono ancora molte le domande senza risposta. La luminosità dei quasar è tale da offuscare qualsiasi oggetto li circondi, ma quali oggetti si trovano vicino ai quasar ?

Si trovano all'interno delle galassie ? Osservazioni telescopiche effettuate da Terra non hanno dato prove definitive in tal senso, alcune immagini sembrano confermare questa ipotesi ma la presenza di materia intorno ai quasar non è chiaramente identificabile.

La ricerca di molte risposte ai misteri dei quasar sono state una delle molle principali che ha portato alla messa in orbita del Telescopio Spaziale. John Bahcall, uno dei principali sostenitori del progetto Hubble, nel 1978 di fronte al Congresso disse: "abbiamo la necessità di osservare i quasar con il telescopio spaziale per capire se la luce debole e diffusa delle galassie circonda questi punti luminosi".

Bahcall aveva ragione, spettacolari immagini dell'Hubble Space Telescope hanno provato che i quasar sono all'interno delle galassie. Queste hanno però rivelato anche altri dati sorprendenti: i quasar si trovano in diversi tipi di galassie, alcuni in normali galassie (fig. 1), altri in galassie in collisione con altre vicine (fig.2).

Sebbene Hubble abbia fornito diverse informazioni, questi enigmatici oggetti nascondono ancora molti misteri.

"Vorrei sapere cosa porta alla formazione di un quasar" dice Bahcall. "Abbiamo qualche teoria ma ancora nessuna risposta definitiva".

Disney paragona questi oggetti a "bulbi di lampadine o a dei fari dei quali non sappiamo se eruttano la loro energia verso di noi o in tutte le direzioni ne per quanto tempo lo faranno. Sono oggetti dalla lunga vita oppure no ? Anche in questo caso abbiamo solo qualche ipotesi e nulla più".

Nel modello standard, i QSO si ritiene siedano al centro delle galassie e rappresentino l'esempio estremo della categoria di galassie che hanno un nucleo attivo (Active Galactic Nuclei), queste sono regioni compatte al centro di galassie che sostanzialmente emettono più radiazioni in molte parti dello spettro di quante ce ne si aspetterebbe se fosse emessa solo da stelle, che emettono prevalentemente radiazione di tipo "termico".

Dall'energia emessa e dalla ipotetica valutazione della loro età (circa 10⁸ anni) è possibile stimare la massa del motore centrale che, secondo le attuali conoscenze della fisica, si aggira dalle 10⁷ masse solari in sù (valore concorde con la stima di altre tipologie di AGN).

Un oggetto compatto con queste caratteristiche potrebbe essere, secondo le attuali conoscenze della fisica, un buco nero.

Fu lo scienziato russo Yakov Zeldovich a proporre questa teoria: i buchi neri forniscono l'energia che "accende" i quasar. Un buco nero si forma quando una stella gigante collassa in un punto di densità immensa. Gli astronomi ritengono che i quasar si formino quando il buco nero nel nucleo di una galassia attira a se stelle e gas interstellari. Quando la materia cade nel buco nero, vengono emesse enormi quantità di radiazioni. L'energia emessa sarebbe quindi di origine gravitazionale ma i dettagli sono ancora ignoti nonostante una buona fetta della ricerca sia orientata alla ricerca della soluzione.