Buco nero
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:18 Dicembre 2021

Nel 2019, quando gli astronomi hanno catturato la prima immagine dell’ombra di un buco nero – un alone arancione brillante a forma di ciambella creato dall’intensa luce gravitazionale del buco nero intorno ad esso – è stata giustamente valutata come una svolta.

Ora, mi sono unito al team dell’Event Horizon Telescope nel dare seguito al loro precedente risultato, creando una nuova immagine che mostra getti di plasma espulsi dal nucleo di un diverso buco nero supermassiccio, al centro della galassia Centaurus A.

buco nero di Centaurus A
Progetto Event Horizon Telescope/Nature Astronomy

Il buco nero di Centaurus A è circa 120 volte meno massiccio di quello di M87, la galassia in cui è stato avvistato l’alone del buco nero (e che ha anche una propria serie di getti di plasma). Quindi nessuna ombra di buco nero era prevista o vista nel caso di Centaurus A.

Ma i risultati, pubblicati su Nature Astronomy, forniscono comunque un’altra affascinante visione degli enormi buchi neri che si nascondono al centro di molte galassie.

Il Centauro A è così chiamato perché è l’oggetto più luminoso (da cui “A”) nella costellazione del Centauro, nei cieli australi. Centaurus A appare come una delle più grandi radiogalassie nei nostri cieli, a causa della sua relativa vicinanza, a 15 milioni di anni luce dalla Terra.

Nello spettro della luce visibile, questa galassia è caratterizzata da una “corsia di polvere” oscura che blocca la nostra visione del suo centro. Ma le onde radio non sono influenzate da questo materiale, quindi i radioastronomi possono studiarne il centro in dettaglio.

Centaurus A, come altre galassie “attive”, ha al centro un buco nero supermassiccio, che è alimentato da materiale che cade verso di esso. Gran parte di quel materiale finisce per cadere o orbitare attorno al buco nero. Ma parte di esso – attraverso un processo non ancora compreso – viene sparato in una coppia di “jet” diametralmente opposti.

Questi getti di plasma sono una delle caratteristiche più misteriose ed energetiche delle galassie. Viaggiano a velocità prossime a quella della luce, e così gli effetti della teoria della relatività di Einstein diventano importanti.

Una previsione è che il getto che viaggia verso di noi apparirà più luminoso, mentre il getto opposto, che si allontana da noi, apparirà più debole.

In effetti, studi dettagliati della maggior parte delle galassie attive rivelano solo un getto unilaterale, con il controgetto troppo debole per essere osservato.

Centaurus A è uno dei pochi esempi per i quali sia il getto che il controgetto sono stati precedentemente visti. Le osservazioni con una rete di telescopi, tra cui il telescopio Parkes da 64 metri del CSIRO e l’Australia Telescope Compact Array, avevano fornito le immagini più dettagliate prima d’ora.

Il nostro team ha utilizzato una rete internazionale di sette telescopi in Nord e Sud America e in Antartide. (L’Australia purtroppo non ha i siti di osservazione ad alta quota necessari per fare questo tipo di osservazione.)

I telescopi hanno ripreso i getti del buco nero con un dettaglio 16 volte maggiore rispetto alle immagini precedenti. Ciò ha rivelato due cose: primo, è leggermente sorprendente, non si vede nulla nelle vicinanze del buco nero stesso; e in secondo luogo, e cosa ancora più intrigante, solo i bordi esterni dei getti sembrano emettere radiazioni.

Mentre questo “brillamento dei bordi” è stato visto per molte altre galassie attive vicine, questa è la prima volta che è stato visto in Centaurus A, e visto così chiaramente.

Immagini radioastronomiche di getti di plasma di buchi neri
A sinistra: la migliore immagine precedente dei getti di plasma del buco nero Centaurus A; 
al centro: la nuova immagine; a destra: i getti di plasma più grandi del buco nero di M87. Astronomia della natura

Il bordo del getto può essere illuminato dall’interazione del plasma del getto con il gas e la polvere nella galassia. La ristrettezza dei getti suggerisce anche che forti campi magnetici possono essere avvolti attorno al getto, e questi possono anche portare a bordi più luminosi e creare una “spina dorsale” invisibile al getto.

La geometria e le proprietà complessive del getto hanno una sorprendente somiglianza con quelle del getto di M87, così come con i getti lanciati da buchi neri più piccoli (decine di masse solari anziché milioni o miliardi) nella nostra galassia, la Via Lattea. Ciò supporta l’idea che gli stessi processi avvengano sia nei buchi neri supermassicci che nelle loro controparti più leggere, suggerendo che i buchi neri supermassicci sono semplicemente una versione ingrandita di quelli più piccoli, senza richiedere l’attivazione di meccanismi fisici nuovi (o aggiuntivi).

Sul motivo per cui non abbiamo visto nulla nelle vicinanze del buco nero supermassiccio stesso, è possibile che la nostra linea di vista sia bloccata dalla materia densa che cade verso il buco nero. Potremmo essere in grado di vedere di più aumentando la nostra frequenza di osservazione nella gamma dei terahertz, ma questa è un’enorme sfida tecnica.

Le restrizioni COVID hanno portato all’abbandono della nostra campagna di osservazione 2020, tuttavia l’array Event Horizon Telescope è tornato operativo per una campagna nell’aprile di quest’anno, con ulteriori osservazioni di M87 e Centaurus A nel suo elenco di obiettivi.

Un’altra fonte che è già stata osservata è il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Molto più vicino di quelli di Centaurus A (15 milioni di anni luce) o M87 (55 milioni di anni luce), dista “solo” 25.000 anni luce, ma è anche molto meno massiccio, circa cinque milioni di volte la massa del nostro Sole.

Sebbene crediamo che questo buco nero sia stato attivo in un lontano passato, recenti osservazioni non hanno rivelato alcun getto luminoso emergente dal centro della nostra galassia, suggerendo che non è attualmente così attivo, ma potrebbe potenzialmente tornare attivo in futuro. Sarà interessante vedere cosa riveleranno le nostre prossime osservazioni.

Phil Edwards, Program Director, Australia Telescope National Facility Science, CSIRO