Ci sono miliardi di stelle all’interno di una tipica galassia. Eppure una volta ogni 100.000 anni circa, una di quelle stelle vagherà troppo vicino al buco nero supermassiccio in agguato al centro della galassia e verrà fatta a pezzi. Questi colossi cosmici pesano da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole e la loro immensa forza gravitazionale può distruggere una stella con estrema facilità.
I detriti stellari si muovono a spirale verso il buco nero, che si nutre dei resti. Tuttavia, i buchi neri sono mangiatori disordinati. In una piccola frazione di casi, questa distruzione stellare può alimentare un getto energetico di materiale che viaggia verso l’esterno quasi alla velocità della luce. Se quel getto è puntato direttamente verso di noi, la sua luminosità aumenterà, più o meno allo stesso modo in cui una sirena della polizia sembra più forte quando l’auto viaggia verso di noi.
Le moderne indagini astronomiche scoprono tali spaghettificazioni stellari (note come eventi di interruzione delle maree) all’incirca una o due volte al mese. Tuttavia, solo tre di questi erano stati precedentemente visti produrre potenti getti, l’ultimo nel 2011.
All’inizio di quest’anno abbiamo avuto la fortuna di individuare un altro di questi eventi. Come riportano su Nature Astronomy, il team di astronomi lo ha osservato con alcuni dei migliori telescopi del mondo per più di tre mesi, ottenendo la migliore visione finora della nascita e dello sviluppo di un getto di un buco nero.
Buchi neri e getti
Mangiare stelle è un modo importante per far crescere i buchi neri, ancora di più nell’Universo primordiale. Sappiamo che i buchi neri supermassicci nel cuore delle galassie odierne devono essere cresciuti molto rapidamente quando erano giovani per raggiungere le dimensioni attuali.
Questi eventi cataclismici forniscono anche una finestra unica sui buchi neri che si alimentano più velocemente. Non potremmo mai riprodurre in laboratorio le alte energie e la forte gravità coinvolte, quindi questi rari eventi ci aiutano a comprendere l’astrofisica nella sua forma più estrema.
In particolare, ci permettono di testare come si formano i getti. I getti sono un sottoprodotto naturale della caduta di gas su un oggetto centrale. Trasportano energia dall’oggetto centrale all’ambiente circostante.
I getti più potenti conosciuti sono lanciati dai buchi neri supermassicci al centro delle galassie. La materia e l’energia di questi getti possono innescare o impedire la formazione di stelle e influenzare l’evoluzione di intere galassie.
Essendo così grandi, i buchi neri supermassicci di solito cambiano lentamente. Gli eventi di interruzione delle maree forniscono un’eccezione a questa regola, poiché una grande quantità di gas viene scaricata molto vicino al buco nero.
I buchi neri poi si alimentano rapidamente, cambiando il loro comportamento nel corso di giorni o mesi. Campagne di osservazione dedicate con telescopi all’avanguardia possono fornire una grande quantità di dati su questi fenomeni esotici. Possiamo usare questi dati per testare le nostre teorie su come si formano ed evolvono i getti.
Un lampo di luce
Nel febbraio 2022, un’indagine ottica del cielo ha scoperto una brillante esplosione di luce dal centro di una galassia lontana. La luce viaggiava verso di noi da oltre 8,5 miliardi di anni, più della metà della vita dell’Universo. I telescopi di tutto il mondo sono entrati in azione per saperne di più su questo evento, che gli astronomi hanno chiamato AT2022cmc.
Questo evento è stato estremamente luminoso, in particolare alle lunghezze d’onda dei raggi X. L’emissione di raggi X ha emesso più energia in 1 secondo di quanta ne emette il Sole in 10 milioni di anni.
Anche i raggi X erano molto variabili, cambiando luminosità su scale temporali di soli 15 minuti. In particolare, c’era anche una forte emissione a lunghezze d’onda radio e millimetriche, che sono diventate più luminose nel tempo.
Queste proprietà indicavano che AT2022cmc era un nuovo evento di interruzione della marea. È il ritrovamento più distante fino ad oggi e il primo visto lanciare un potente getto in 11 anni.
Raggi X e onde radio
Nei primi 100 giorni dopo la scoperta, il team, guidato da Dheeraj Pasham del MIT, ha osservato l’evento con una serie di telescopi. I dati coprivano le emissioni radio, ottiche, ultraviolette e di raggi X, che derivano da diverse parti del gas in entrata e in uscita.
La modellazione dettagliata ha mostrato che la maggior parte delle emissioni proveniva dal potente getto lanciato dal buco nero in rapida alimentazione. La stella sfortunata che ha incontrato la sua scomparsa era probabilmente una stella nana di piccola massa. Al suo apice, il buco nero stava divorando gas a una velocità che avrebbe consumato l’intero Sole in pochi anni.
Anno scoperto che il getto si muoveva al 99,993% della velocità della luce, con la maggior parte dell’energia trasportata dalle particelle (ioni) nel getto, piuttosto che dai campi magnetici. Ciò era inaspettato, poiché la maggior parte delle teorie attuali prevede che i campi magnetici sono di fondamentale importanza nella formazione del getto e dovrebbero trasportare gran parte dell’energia.
Nuovi telescopi, viste migliori
Con una suite aggiornata di telescopi e modelli teorici più sofisticati rispetto a un decennio fa, il lavoro del team ha fornito una copertura più dettagliata della nascita e dell’evoluzione di un getto relativistico. Hanno sfidato le aspettative teoriche e migliorato la nostra comprensione della fisica nella sua forma più estrema.
Nei prossimi anni, nuove strutture come l’Osservatorio di Vera Rubin in Cile dovrebbero scoprire molti altri eventi simili, estendendosi ulteriormente nel lontano Universo. Nuovi potenti radiotelescopi come lo SKA consentiranno un follow-up e una caratterizzazione ancora più dettagliati dei getti.
Questo studio ha dimostrato l’entusiasmante scienza che scaturirà da questi strumenti, aprendo una nuova finestra su alcuni degli eventi più energetici del nostro Universo.
Autore
James Miller-Jones, Adelle Goodwin, Curtin University
