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Quasar: i fari dell’universo
Cos’è un quasar
Un quasar (contrazione di Quasi-Stellar Radio Source, cioè “sorgente radio quasi stellare”) è uno degli oggetti più luminosi e potenti dell’universo conosciuto.
A prima vista, in un telescopio, appare come una stella puntiforme. In realtà, è il nucleo attivo di una galassia lontanissima, alimentato da un buco nero supermassiccio.
I quasar emettono quantità di energia enormi, superiori a quelle di centinaia di galassie intere messe insieme. La loro luce può viaggiare per miliardi di anni prima di raggiungerci.
In sintesi
Un quasar è il “faro” di un buco nero supermassiccio che, divorando materia, produce un bagliore visibile su scale cosmiche. Sono testimoni preziosi della giovinezza dell’universo e ci aiutano a capire come si formano e crescono le galassie.
Struttura e funzionamento
Un quasar si trova al centro di una galassia attiva.
La sua energia deriva da un buco nero supermassiccio (massa da milioni a miliardi di volte quella del Sole) che “divora” gas, polveri e stelle.
Il processo funziona così:
Materia in caduta → gas e polveri si muovono verso il buco nero.
Disco di accrescimento → la materia, prima di essere inghiottita, forma un disco rotante che si riscalda a temperature altissime per attrito e compressione.
Emissione di radiazione → l’energia prodotta si irradia nello spazio, soprattutto in luce visibile, ultravioletta, raggi X e onde radio.
Getti relativistici → in molti casi, il buco nero espelle potenti getti di particelle a velocità vicine a quella della luce, visibili su enormi distanze.
Luminosità e distanza
Un quasar può emettere energia equivalente a 10.000 volte quella di tutta la Via Lattea.
Molti si trovano a miliardi di anni luce da noi: la loro luce è un “messaggero” del passato remoto dell’universo.
I più lontani conosciuti si sono formati meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Spettro e composizione
Analizzando la luce di un quasar con uno spettroscopio si possono rilevare:
Elementi chimici come idrogeno, elio, carbonio, ossigeno, azoto, magnesio e ferro.
Linee di emissione e assorbimento che ci dicono la velocità di allontanamento e la distanza (attraverso il redshift).
Ruolo cosmico
I quasar sono importanti perché:
Illuminano l’universo primordiale → ci permettono di studiare l’epoca in cui le prime galassie e buchi neri si sono formati.
Tracciano la materia intergalattica → la loro luce, attraversando nubi di gas e polveri, ci rivela la composizione e la struttura dell’universo.
Segnalano l’evoluzione galattica → si ritiene che molte galassie, compresa la nostra, abbiano avuto una fase da quasar nel loro passato.
Colori dei quasar
Il colore percepito dipende dalla distanza e dalla quantità di polveri che oscurano la luce:
A distanze moderate → appaiono azzurro-biancastri per l’alta emissione ultravioletta.
Molto lontani → tendono al rosso a causa del redshift cosmologico.
Durata della fase di quasar
Un buco nero può restare attivo come quasar per decine o centinaia di milioni di anni, finché non ha consumato gran parte della materia disponibile. Dopo, il nucleo galattico si “spegne” e diventa quiescente.
Quasar famosi
3C 273 — il primo quasar scoperto (1963), nella costellazione della Vergine, a circa 2,4 miliardi di anni luce. È visibile anche con telescopi amatoriali.
PDS 456 — noto per venti ultra-veloci e forte emissione X; esempio di potente feedback.
ULAS J1120+0641 (scoperto nel 2011) e J1342+0928 (scoperto nel 2018): quasar molto lontani che pongono vincoli sulla crescita rapida dei buchi neri nell’universo primordiale.
Curiosità
Luce del passato
La luce dei quasar ci arriva da miliardi di anni luce di distanza, quindi li vediamo come erano nell’infanzia dell’universo.
Osservare un quasar lontano è come guardare una “fotografia” di miliardi di anni fa.
Oggetti più luminosi dell’universo
Un singolo quasar può emettere più energia di tutta la Via Lattea.
Alcuni sono 10.000 volte più luminosi di tutte le stelle della loro galassia messe insieme.
Getti relativistici
Molti quasar espellono getti di particelle a velocità vicine a quella della luce.
Questi getti possono estendersi per centinaia di migliaia di anni luce, anche fuori dalla galassia ospite.
Redshift estremo
La luce dei quasar molto lontani subisce un redshift elevato, cioè si sposta verso il rosso, rivelandoci l’espansione dell’universo.
Il redshift dei quasar più distanti è uno dei metodi principali per misurare la storia cosmica.
Fasi temporanee
La fase di quasar non dura per sempre.
Una galassia può passare da “quasar acceso” a “nucleo quiescente” in decine o centinaia di milioni di anni, relativamente poco in termini cosmici.
Punti di riferimento cosmici
I quasar sono usati dagli astronomi come “lampioni cosmici” per studiare la materia intergalattica e il mezzo interstellare primordiale.
La luce che attraversa gas e polveri ci fornisce informazioni sulla composizione chimica dell’universo primordiale.
Prime galassie e buchi neri
Alcuni quasar ci mostrano che buchi neri supermassicci miliardari erano già formati meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Questo pone domande su come si siano sviluppati così rapidamente.
Visibili anche con telescopi amatoriali
Il quasar 3C 273 nella costellazione della Vergine è uno dei pochi quasar visibili con telescopi amatoriali, apparendo come un punto luminoso simile a una stella.
Effetto lente gravitazionale
Alcuni quasar lontani vengono “duplicati” o distorti dalla gravità di galassie interposte, creando effetti spettacolari come anelli di Einstein o immagini multiple.
“Quasar dormienti”
Si pensa che molte galassie, compresa la nostra Via Lattea, abbiano avuto una fase da quasar nel loro passato, ma ora sono quiescenti, cioè i buchi neri centrali non stanno più divorando materia in quantità elevate.
Strumenti utili per studiare i quasar
Telescopi ottici
Cosa osservano: luce visibile (come quella percepita dall’occhio umano).
Utilizzo: identificazione dei quasar come “stelle puntiformi” nelle galassie lontane, analisi spettroscopica per studiare redshift e composizione chimica.
Esempi:
Telescopio spaziale Hubble (HST) → immagini ad altissima risoluzione dei nuclei galattici attivi.
Telescopi amatoriali di grande apertura → possono osservare i quasar più luminosi come 3C 273.
Telescopi a infrarossi
Cosa osservano: radiazione infrarossa emessa da polveri calde vicino al quasar.
Utilizzo: vedere quasar nascosti dalla polvere interstellare, studiare dischi di accrescimento e getti.
Esempi:
Spitzer Space Telescope
James Webb Space Telescope (JWST)
Telescopi a raggi X
Cosa osservano: radiazione X ad alta energia prodotta dai gas vicini al buco nero supermassiccio.
Utilizzo: studiare i processi energetici del disco di accrescimento, i getti e la corona del buco nero.
Esempi:
Chandra X-ray Observatory
XMM-Newton
Telescopi a onde radio
Cosa osservano: emissioni radio prodotte dai getti relativistici e dalle regioni centrali del quasar.
Utilizzo: mappatura dei getti che si estendono per centinaia di migliaia di anni luce.
Esempi:
Very Large Array (VLA) negli USA
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile
Square Kilometer Array (SKA) in costruzione
Telescopi a raggi gamma
Cosa osservano: radiazioni ad altissima energia provenienti dai getti o dalle regioni più vicine al buco nero.
Utilizzo: studiare fenomeni estremi come accelerazione di particelle e emissioni relativistiche.
Esempi:
Fermi Gamma-ray Space Telescope
Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACT) come MAGIC, H.E.S.S.
Spettrografi e strumenti multiwavelength
Cosa fanno: separano la luce in bande precise per analizzare elementi chimici, velocità, densità e redshift.
Esempi:
SDSS (Sloan Digital Sky Survey) → ha catalogato centinaia di migliaia di quasar.
Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sul VLT.