Ecco come appare l’ombra del buco nero quando viene proiettata sul potente getto relativistico emanato dal centro della radiogalassia.
Questa è l’ombra del buco nero proiettata sulla sua esplosione di pura energia. Credito immagine: Università di Aalto
Un team internazionale di scienziati, tra cui ricercatori della Aalto University, ha utilizzato nuove osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche per produrre un’immagine che mostra, per la prima volta, sia la struttura ad anello che rivela la caduta della materia nel centro buco nero e il potente getto relativistico nella prominente radiogalassia Messier 87.
L’immagine sottolinea per la prima volta la connessione tra il flusso di accrescimento vicino al buco nero supermassiccio centrale e l’origine del getto.
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
Le nuove osservazioni sono state ottenute con il Global Millimeter VLBI Array (GMVA), integrato dall’Atacama Large Millimeter/submillimetre Array (ALMA) e dal Greenland Telescope (GLT). L’aggiunta di questi due osservatori ha notevolmente migliorato le capacità di imaging del GMVA. I risultati sono pubblicati nell’attuale numero di Nature.
“In precedenza, avevamo visto sia il buco nero che il getto in immagini separate, ma ora abbiamo scattato una foto panoramica del buco nero insieme al suo getto a una nuova lunghezza d’onda”, afferma Ru-Sen Lu dell’Osservatorio astronomico di Shanghai, che guida anche un gruppo di ricerca Max Planck presso l’Accademia cinese delle scienze.
Si pensa che il materiale circostante cada nel buco nero in un processo noto come accrescimento, ma nessuno l’ha mai immaginato direttamente.
“L’anello che abbiamo visto prima sta diventando più grande e più spesso a 3,5 mm osservando la lunghezza d’onda. Ciò mostra che il materiale che cade nel buco nero produce un’emissione aggiuntiva che ora si osserva nella nuova immagine. Questo ci offre una visione più completa dei processi fisici che agiscono vicino al buco nero’, ha aggiunto.
Getto alimentato da un buco nero di elettroni e particelle subatomiche in streaming dal Galaxy M87. Credito immagine: NASA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
La partecipazione di ALMA e GLT alle osservazioni GMVA e il conseguente aumento della risoluzione e della sensibilità di questa rete intercontinentale di telescopi ha reso possibile per la prima volta l’immagine della struttura ad anello in M87 a una lunghezza d’onda di 3,5 mm.
Il diametro dell’anello misurato dal GMVA è di 64 microsecondi d’arco, che corrisponde alle dimensioni di un piccolo anello luminoso da selfie (5 pollici/13 cm) visto da un astronauta sulla Luna che guarda la Terra. Questo diametro è del 50% più grande di quanto visto nelle osservazioni dell’Event Horizon Telescope a 1,3 mm, in accordo con le aspettative per l’emissione dal plasma relativistico in questa regione.
“Con le capacità di imaging notevolmente migliorate aggiungendo ALMA e GLT nelle osservazioni GMVA, abbiamo acquisito una nuova prospettiva. Vediamo davvero il getto a tripla cresta che conoscevamo dalle precedenti osservazioni VLBI,” dice Thomas Krichbaum dell’Istituto Max Planck per la radioastronomia (MPIfR) di Bonn.
“Ma ora possiamo vedere come il getto emerge dall’anello di emissione attorno al buco nero supermassiccio centrale e possiamo misurare il diametro dell’anello anche a un’altra lunghezza d’onda (maggiore).”
Il radiotelescopio di 14 metri dell’Aalto University Metsähovi Radio Observatory è stata una delle stazioni che hanno raccolto i dati per la nuova immagine.
Tuomas Savolainenuno scienziato senior presso la Aalto University e coautore dell’articolo, afferma che il Metsähovi Radio Observatory ha partecipato alle campagne di misurazione GMVA per oltre un decennio e alle osservazioni VLBI a 3,5 mm in generale dalla metà degli anni ’90.
“Il nostro radiotelescopio a Metsähovi è stato una delle sole cinque stazioni in Europa che hanno partecipato a queste osservazioni nel 2018. Non ci sono così tante antenne in grado di effettuare misurazioni a una lunghezza d’onda di 3,5 mm, il che rende preziosi i dati raccolti a Metsähovi,” dice.
“L’immagine dell’Event Horizon Telescope mostra l’ombra del buco nero in M87, ma quelle osservazioni non sono state in grado di rilevare il getto più debole ed esteso a causa del piccolo numero di telescopi che vi hanno partecipato. Ci sono ancora meno telescopi in grado di osservare a una lunghezza d’onda di 1,3 mm rispetto a quelli che osservano a 3,5 mm,” dice Savolainen.
La luce di M87 è prodotta dall’interazione tra elettroni altamente energetici e campi magnetici, un fenomeno chiamato radiazione di sincrotrone. Le nuove osservazioni, a una lunghezza d’onda di 3,5 mm, rivelano maggiori dettagli sulla posizione e l’energia di questi elettroni.
Ci dicono anche qualcosa sulla natura stessa del buco nero: non è molto affamato. Consuma materia a bassa velocità, convertendo solo una piccola frazione di essa in radiazioni. Keiichi Asada dell’Istituto di Astronomia e Astrofisica Academia Sinica spiega:
“Per comprendere l’origine fisica dell’anello più grande e più spesso, abbiamo dovuto utilizzare simulazioni al computer per testare diversi scenari. Di conseguenza, abbiamo concluso che la maggiore estensione dell’anello è associata al flusso di accrescimento.’
Kazuhiro Hada dell’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone aggiunge: “Troviamo anche qualcosa di sorprendente nei nostri dati: la radiazione dalla regione interna vicino al buco nero è più ampia di quanto ci aspettassimo”. Questo potrebbe significare che c’è qualcosa di più del semplice gas che sta cadendo dentro. Potrebbe esserci anche un vento che soffia fuori, causando turbolenza e caos attorno al buco nero.’
La ricerca per saperne di più su Messier 87 non è finita, poiché ulteriori osservazioni e una flotta di potenti telescopi continuano a svelarne i segreti.
“Le future osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche studieranno l’evoluzione temporale del buco nero di M87 e forniranno una visione policromatica del buco nero con immagini a più colori alla luce radio”, afferma Parco Jongo del Korea Astronomy and Space Science Institute.
Alcune di queste nuove osservazioni si stanno svolgendo questa primavera e l’Osservatorio radiofonico di Metsähovi vi prende nuovamente parte.
‘3,5 mm è la lunghezza d’onda più corta alla quale operiamo al momento e tali osservazioni richiedono condizioni meteorologiche buone e asciutte. Per fortuna qui il tempo ad aprile è spesso buono. Tra un paio d’anni avremo un nuovo ricevitore per il nostro telescopio che consentirà di effettuare osservazioni simultanee su un’ampia gamma di lunghezze d’onda”, afferma Petri KirvesIngegnere operativo dell’Osservatorio radiofonico di Metsähovi.
“Poi saremo in grado di correggere meglio le distorsioni nei dati causate dall’atmosfera e ottenere immagini di qualità ancora più elevata”.
Fonte: Università Aalto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
