I venti del buco nero del quasar H1821+643 sono 100 volte più potenti di quanto previsto dai modelli

Il buco nero al centro del quasar H1821+643 ha una massa pari a circa 2,6 miliardi di volte quella del Sole. Questo lo colloca tra gli oggetti più massicci misurati nell’universo vicino. Ma il dato ancora più sorprendente è questo: i venti che genera trasportano un’energia cento volte superiore rispetto a quanto previsto dai modelli standard di feedback dei buchi neri — e spingono questa energia per 300.000 anni luce nel gas intracluster circostante, ben oltre i confini della galassia ospite.

Questa misurazione, effettuata dal telescopio a raggi X XRISM del Giappone e pubblicata su Nature Astronomy, cambia radicalmente il modo in cui gli astronomi devono considerare il ruolo dei buchi neri supermassicci nel plasmare l’ambiente cosmico circostante.

“I buchi neri influenzano l’ambiente cosmico più ampio attraverso un’onda d’urto di potenza sconvolgente”, ha affermato Satoshi Yamada dell’Istituto Frontier per le Scienze Interdisciplinari dell’Università di Tohoku, che ha guidato la ricerca.

Come XRISM ha misurato i venti su 300.000 anni luce

XRISM — la missione di imaging e spettroscopia a raggi X — è una collaborazione JAXA/NASA lanciata nel 2023. Il suo strumento principale, il calorimetro Resolve, misura gli spettri a raggi X con una precisione senza precedenti rispetto agli osservatori satellitari precedenti. Questa precisione è cruciale perché il gas caldo che riempie gli ammassi di galassie — chiamato mezzo intracluster — non emette luce ottica. Brilla invece nei raggi X e l’unico modo per misurare quanto sia turbolento, e quindi quanta energia contenga, è attraverso la spettroscopia ad alta risoluzione di specifiche linee di emissione.

Il team di Yamada ha puntato su H1821+643 studiando l’emissione degli ioni di ferro a 6,7 chilovolt. Quando il gas si muove turbolentemente, queste linee spettrali si allargano e si spostano in modi che codificano la velocità del gas. Mappando questo allargamento su tutto l’ammasso, il team ha ricostruito sia l’estensione spaziale che il contenuto energetico della perturbazione generata dal vento. Il risultato: un’energia turbolenta nel mezzo intracluster circa cento volte superiore alle stime incluse nei modelli attuali di feedback in modalità quasar.

Perché 100 volte più energia è un problema per i modelli

Gli ammassi di galassie sono tra le strutture legate gravitazionalmente più massicce dell’universo. Se lasciati alle loro termodinamiche, il gas caldo al loro interno si raffredderebbe, precipitando e innescando una formazione stellare incontrollata. Le osservazioni mostrano che questo raffreddamento catastrofico non avviene generalmente. La spiegazione più accreditata è che i buchi neri supermassicci nelle fasi attive — le fasi quasar — iniettino energia nel gas circostante, mantenendolo caldo. Questo è il feedback in modalità quasar ed è incorporato in quasi tutti i modelli di evoluzione su larga scala degli ammassi di galassie.

Le stime precedenti sull’energia che i quasar iniettano erano basate su dati a raggi X più vecchi, incapaci di risolvere direttamente la turbolenza nel mezzo intracluster. La misurazione di XRISM suggerisce che quelle stime, ripetute in decine di modelli, fossero sbagliate di due ordini di grandezza.

Per contestualizzare il nuovo valore: l’energia ora attribuita ai venti del quasar H1821+643 è equivalente a diversi miliardi di esplosioni di supernova simultanee. Il quasar stesso si trova a circa 3,4 miliardi di anni luce dalla Terra nella costellazione del Drago. La portata dei suoi venti turbolenti — 300.000 anni luce — va ben oltre la galassia ospite — circa tre volte il diametro della Via Lattea — e copre una parte sostanziale del volume interno dell’ammasso.

Cosa questo risultato non risolve

Un quasar in un momento specifico del tempo cosmico è solo un singolo punto dati. H1821+643 è un quasar radio-quiet, il che significa che i suoi getti relativistici sono relativamente deboli rispetto ai sistemi radio-loud. Non può essere determinato da questa osservazione sola se la turbolenza estrema misurata rappresenti il feedback tipico in modalità quasar o un episodio insolitamente potente.

Il team osserva inoltre che i dati di XRISM catturano uno snapshot, non una storia media nel tempo. L’attività dei quasar è episodica — i buchi neri passano tra fasi di alta accrescimento e dormienti su scale temporali di milioni a centinaia di milioni di anni. I venti che ora attraversano il mezzo intracluster potrebbero riflettere un picco attivo piuttosto che uno stato caratteristico.

Forse ancora più importante, il percorso attraverso cui i venti dei quasar trasferiscono la loro energia al gas intracluster rimane incerto. L’iniezione diretta di momento, le cascate turbolente e il riscaldamento da shock sono tutti meccanismi plausibili. Distinguere tra loro richiede misurare il gas a più scale e temperature contemporaneamente — qualcosa che le future missioni sono progettate per fare.

Domande comuni sui venti dei quasar

Come misurano gli astronomi i venti da un buco nero distante 3,4 miliardi di anni luce?

Il plasma caldo vicino a un buco nero supermassiccio brilla nei raggi X. Quando quel gas si muove rapidamente, le linee spettrali di specifici ioni si spostano e allargano in modi misurabili. Lo strumento Resolve di XRISM misura queste forme di linea con una precisione sufficiente per dedurre sia la velocità che l’energia della turbolenza.

Cos’è il feedback in modalità quasar e perché è importante per la formazione delle galassie?

I buchi neri supermassicci nella loro fase attiva di quasar rilasciano energia nel gas circostante, riscaldandolo e prevenendo una formazione stellare incontrollata. I modelli di evoluzione degli ammassi di galassie richiedono questo feedback per spiegare perché gli ammassi massicci contengono molte meno stelle rispetto al gas disponibile. Il risultato di H1821+643 implica che l’energia del feedback potrebbe essere molto maggiore di quanto questi modelli assumessero.

Potrebbe spiegare perché le simulazioni degli ammassi faticano a corrispondere alle osservazioni?

Forse. Le simulazioni dell’evoluzione degli ammassi di galassie hanno da tempo mostrato discrepanze con le distribuzioni del gas e i tassi di formazione stellare osservati, in modi che i modelli di feedback non potevano risolvere completamente. Se il feedback in modalità quasar è due ordini di grandezza più forte di quanto assunto, ora c’è una fonte energetica plausibile per questa discrepanza — anche se il meccanismo di accoppiamento deve ancora essere tracciato.

Cosa succede dopo con le osservazioni XRISM dei quasar?

Sono previste osservazioni di follow-up di altri ospiti radio-quiet di quasar con XRISM per la fine del 2026 e il 2027, ampliando il campione necessario per stabilire se H1821+643 sia rappresentativo. Il team si aspetta inoltre che il prossimo osservatorio a raggi X dell’ESA, NewAthena — con un’area di raccolta circa dieci volte più grande di quella di XRISM — estenda queste misurazioni a centinaia di sistemi quasar nel corso del prossimo decennio.

L’articolo è stato pubblicato su Nature Astronomy il 28 luglio 2026. Le osservazioni di follow-up di XRISM mirate ad altri ospiti radio-quiet di quasar sono programmate per iniziare alla fine del 2026 come parte del programma in corso della missione.

Yamada et al., “Turbolenza vigorosa indotta dal feedback in modalità quasar in un nucleo di ammasso”, Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02939-x

Tag: astronomia, black holes, H1821+643, intracluster medium, quasar, XRISM