Nuove osservazioni della spettacolare galassia M87 rivelano come si formi un potente getto attorno a un mostruoso buco nero contenuto al suo interno.
La galassia gigante intorno al buco nero gigante: la galassia M87, qui ripresa dal telescopio spaziale Spitzer della NASA, ospita un buco nero supermassiccio che emette due getti di materiale nello spazio quasi alla velocità della luce. L’inserto mostra una vista ravvicinata delle onde d’urto create dai due getti. Credito: NASA/JPL-Caltech/IPAC
Qualche anno fa, l’immagine di una ciambella arancione brillante fece scalpore. Per la prima volta, i ricercatori hanno catturato un’immagine delle immediate vicinanze di un buco nero supermassiccio al centro del galassia M87.
Questa galassia è nota per un getto che accelera la materia lontano dalla galassia, spinto dal buco nero centrale. Come esattamente il getto sia ancorato vicino al buco nero e come la materia fluisca nel getto non è ancora del tutto chiaro.
Gli astronomi, con la partecipazione del Max Planck Institute for Radio Astronomy, stanno ora fornendo nuove risposte. Con una rete di radiotelescopi grande quasi quanto la Terra stessa, stanno usando l’esempio di M87 per rendere visibile per la prima volta la materia che scorre nell’estremo centro di una galassia.
Rappresentazione artistica del centro di una galassia attiva come M87. La materia fluisce lungo un disco verso il buco nero centrale, mentre parte della materia viene accelerata lungo un getto focalizzato. Credito immagine: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Si presume che l’enorme luminosità e attività al centro di una galassia come M87 sia dovuta alla materia proveniente dall’area circostante che cade nel buco nero al centro della galassia.
Tuttavia, parte della materia viene anche incanalata fuori da questa regione tramite un getto. Nel caso della galassia M87, ci sono già state immagini separate del disco di materia più interno attorno al buco nero centrale e al getto.
In precedenza non era chiaro come il getto, che rimane collimato ai bordi della galassia, si formi nelle vicinanze del buco nero.
L’immagine che è stata ora ottenuta stabilisce la connessione per la prima volta. “Vediamo come il getto emerge dall’anello attorno al buco nero e otteniamo nuove informazioni sui processi fisici che danno origine al getto”, afferma Thomas Krichbaum del Max Planck Institute for Radio Astronomy.
Immagine ricostruita della regione centrale di M87 dai dati della rete di telescopi composta da GMVA e Alma. L’immagine grande mostra un nucleo luminoso con il buco nero al centro. Il getto, riconoscibile da tre filamenti, è ancorato in questo nucleo e da lì ha origine. Un ingrandimento del nucleo nel riquadro evidenziato mostra la struttura ad anello della materia che circonda il buco nero. L’anello ha un diametro angolare di 64 microsecondi d’arco, paragonabile al diametro di un riflettore da concerto sulla luna vista dalla Terra. Credito immagine: R. Lu et al, Nature 2023
Un telescopio gigante fa un lavoro dettagliato
Il gruppo di ricerca internazionale ha ottenuto l’immagine osservando la luce radio alla lunghezza d’onda di 3,5 millimetri. Ciò consente una visione quasi non oscurata dei flussi di materia radioluminosa che circondano il buco nero centrale e che alimentano il getto.
Vista dalla Terra, questa regione interna appare grande solo quanto un riflettore da concerto sulla Luna, corrispondente a un diametro angolare di 64 microsecondi d’arco. Ad una distanza della galassia di circa 55 milioni di anni luce, ciò corrisponde a poche volte il diametro del nostro sistema solare.
Per risolvere queste strutture, che sono minuscole se viste dalla Terra, i ricercatori utilizzano una serie di molti radiotelescopi. Più grande è la rete e più distanti sono i singoli telescopi, più piccole sono le strutture che possono essere riprese.
Anche la lunghezza d’onda su cui sono sintonizzati i ricevitori radio definisce l’immagine. Più corta è la lunghezza d’onda, più fini sono le strutture che possono essere visualizzate.
Il componente centrale della rete è il Global Millimeter VLBI Array (GMVA), che copre l’Europa e il Nord e il Sud America con più di una dozzina di singoli telescopi. Per migliorare la qualità delle immagini, il team ha aggiunto anche l’Atacama Large Millimeter/Submillimetre Array (Alma) e il Greenland Telescope.
Solo attraverso la speciale disposizione dei telescopi e la scelta della lunghezza d’onda di 3,5 millimetri gli scienziati sono stati in grado di immaginare il motore centrale della galassia e come la materia fluisce nel buco nero e viene accelerata verso l’esterno in un getto.
Hanno osservato il nucleo della galassia nell’aprile 2018 e hanno impiegato anni per interpretare i dati e ricostruire l’immagine.
Immagine etichettata della galassia M87. Credito: NASA/Chandra
“L’immagine spettacolare del getto e dell’anello in M87 è un’importante pietra miliare e corona anni di sforzi collaborativi”, afferma Eduardo Ros, scienziato presso il Max Planck Institute for Radio Astronomy.
L’immagine del nucleo di M87, che gli astronomi erano riusciti ad ottenere qualche anno prima con una diversa configurazione del telescopio, l’Event Horizon Telescope alla lunghezza d’onda di 1,3 millimetri, è caratterizzata da un fattore di ingrandimento ancora maggiore. Mostra principalmente la materia in un anello relativamente stretto nelle immediate vicinanze del buco nero. Questa immagine simile a una ciambella ha segnato per la prima volta il buco nero stesso.
Tracciare i confini della fisica
Per J. Anton Zensus, direttore del Max Planck Institute for Radio Astronomy, questi successi dimostrano che gli anni di sviluppo e la continua espansione della tecnologia di queste reti globali di radiotelescopi hanno dato i loro frutti. Ma i limiti di questa tecnica di osservazione ad alta risoluzione non sono ancora stati raggiunti.
Nuovi ricevitori radio ancora più sensibili del telescopio GMVA dovrebbero consentire agli astronomi di effettuare ulteriori misurazioni dettagliate. Oltre all’intensità della luce, qui rappresentata, è possibile estrarre anche altre proprietà della luce radio.
La polarizzazione, ad esempio, imita la struttura e la forza del campo magnetico sottostante che circonda il buco nero e modella il getto. La materia che è visibile tramite la sua emissione radio nell’immagine presentata, si muove lungo queste linee di campo magnetico invisibili.
Queste e altre tecniche di misurazione permettono di studiare i processi fisici nelle immediate vicinanze di un buco nero, miliardi di volte più pesante del sole, che incarna i limiti della fisica.
Galassia M87: fatti chiave
- La galassia M87 è anche conosciuta come Virgo A o Messier 87. Era l’87esimo oggetto catalogato dall’astronomo francese Charles Messier.
- Si trova nella costellazione della Vergine e fa parte dell’ammasso di galassie della Vergine. Dista circa 53,5 milioni di anni luce dalla Terra.
- La galassia M87 è una delle galassie più grandi dell’universo vicino. Ha un diametro stimato di circa 120.000 anni luce, il che la rende significativamente più grande della nostra galassia, la Via Lattea.
- M87 è famoso per ospitare uno dei buchi neri più massicci conosciuti dagli astronomi. Il buco nero al suo centro ha una massa di circa 6,5 miliardi di volte quella del nostro Sole ed è circondato da un disco rotante di gas caldo e plasma.
- Questa galassia presenta anche un getto prominente di particelle ad alta energia emanate dal suo buco nero centrale. Il getto si estende per oltre 5.000 anni luce ed emette radiazioni su varie lunghezze d’onda, tra cui onde radio, luce visibile e raggi X.
- M87 è classificata come una galassia ellittica, il che significa che ha una forma ellittica o simile a un pallone da calcio. Mancano i distinti bracci a spirale visti nelle galassie a spirale come la Via Lattea.
- È una delle galassie più luminose dell’ammasso della Vergine. Ha una magnitudine visiva di circa 9,6, che lo rende visibile con binocoli o piccoli telescopi in condizioni favorevoli.
- Come altre galassie, si ritiene che M87 sia circondata da un alone di materia oscura, una sostanza misteriosa che non emette né interagisce con la luce ma esercita un’influenza gravitazionale.
- M87 ha interagito con altre galassie nell’ammasso della Vergine, portando alla formazione di code di marea e distorsioni nelle sue regioni esterne.
- M87 è stato ampiamente studiato dal telescopio spaziale Hubble, fornendo immagini e dati dettagliati sulla sua struttura, getto e buco nero.
Fonte: MPG
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
