NEL CUORE DELLA GALASSIA NGC 1068

Nuvole e schiarite attorno al buco nero

Due telescopi spaziali, XMM-Newton dell’ESA e NuSTAR della NASA hanno osservato il denso anello di polveri e gas che circonda un buco nero super-massivo. Le accurate misure hanno permesso di rivelare per la prima volta che questa enorme struttura di materia a forma di ciambella non è compatta e uniforme, ma presenta una configurazione granulosa. A guidare la ricerca, a cui hanno partecipato anche due ricercatori dell’INAF, Andrea Marinucci, dell’Università Roma Tre e associato INAF

Immagine composita della galassia NGC 1068. Le osservazioni nei raggi X effettuate dal telescopio spaziale NuSTAR della NASA (in color magenta) sono sovrapposte alle riprese nella luce visibile del telescopio spaziale Hubble della NASA e della Sloan Digital Sky Survey. La radiazione nei raggi X proviene da un buco nero super-massivo (un quasar) situato nella zona centrale della galassia. Crediti: NASA/JPL-Caltech/Università Roma Tre

Immagine composita della galassia NGC 1068. Le osservazioni nei raggi X effettuate dal telescopio spaziale NuSTAR della NASA (in color magenta) sono sovrapposte alle riprese nella luce visibile del telescopio spaziale Hubble della NASA e della Sloan Digital Sky Survey. La radiazione nei raggi X proviene da un buco nero super-massivo (un quasar) situato nella zona centrale della galassia. Crediti: NASA/JPL-Caltech/Università Roma Tre

Due telescopi spaziali, XMM-Newton dell’ESA, l’Agenzia Spaziale Europea, e NuSTAR della NASA, hanno osservato il denso anello di polveri e gas che circonda il buco nero super-massivo al centro della galassia NGC 1068. Queste accurate misure hanno permesso a un team internazionale di astronomi, guidato da Andrea Marinucci, dell’Università Roma Tre di Roma e associato INAF, e a cui hanno partecipato due ricercatori dell’INAF, di rivelare per la prima volta che questa enorme struttura di materia a forma di ciambella non è compatta e uniforme, ma presenta una configurazione granulosa, con dei ‘buchi’ che, di tanto in tanto, rendono direttamente visibili le regioni più prossime al buco nero stesso.

Negli ultimi anni si è consolidata l’idea che molti tra i più massicci buchi neri nell’universo sono avvolti da spesse strutture di materia a forma di ciambella (che gli addetti ai lavori chiamano toro), come quella presente nel nucleo attivo di NGC 1068, una galassia simile alla nostra, distante circa 47 milioni di anni luce da noi, in direzione della costellazione della Balena. Il modello teorico che unifica le proprietà osservative dei nuclei galattici, spiega come la loro luminosità dipenda proprio dall’orientamento di questa ciambella rispetto alla nostra linea di vista. Se la ciambella è di taglio rispetto a noi, il buco nero risulta completamente oscurato. Se invece la ciambella ci appare di faccia, le regioni più prossime al buco nero centrale super-massivo, che emettono intensi flussi di radiazione di alta energia, possono essere rilevate.

Studi sempre più approfonditi avevano però suggerito che queste strutture non sono sempre così perfette e omogenee nella loro composizione come inizialmente si riteneva. La scoperta ottenuta analizzando le osservazioni di NuSTAR e XMM-Newton conferma, per la prima volta, l’esistenza di una configurazione disomogenea e granulosa nel materiale circostante il buco nero in NGC 1068, e rafforza l’idea che questo fenomeno può essere comune tra gli altri buchi neri super-massivi al centro delle galassie. «Fino a non molto tempo fa, credevamo che alcuni buchi neri super-massivi fossero nascosti da gigantesche e monolitiche mura di materia gassosa e molecolare che oscuravano completamente la vista del buco nero racchiuso al loro interno, nella direzione della nostra linea di vista» dice Fabrizio Nicastro, dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, che ha partecipato allo studio. «Ora, grazie anche alla nostra scoperta, sappiamo che queste mura sono tutt’altro che stazionarie e monolitiche, ma presentano grossi squarci nella loro struttura e si muovono in modo turbolento intorno al buco nero centrale, lasciandolo intravedere di tanto in tanto, quando uno di questi squarci viene a trovarsi in corrispondenza della nostra direzione di vista»

The NASA/ESA Hubble Space Telescope has captured this vivid image of spiral galaxy Messier 77 — a galaxy in the constellation of Cetus, some 45 million light-years away from us. The streaks of red and blue in the image highlight pockets of star formation along the pinwheeling arms, with dark dust lanes stretching across the galaxy’s starry centre. The galaxy belongs to a class of galaxies known as Seyfert galaxies, which have highly ionised gas surrounding an intensely active centre.

The NASA/ESA Hubble Space Telescope has captured this vivid image of spiral galaxy Messier 77 — a galaxy in the constellation of Cetus, some 45 million light-years away from us. The streaks of red and blue in the image highlight pockets of star formation along the pinwheeling arms, with dark dust lanes stretching across the galaxy’s starry centre. The galaxy belongs to a class of galaxies known as Seyfert galaxies, which have highly ionised gas surrounding an intensely active centre.

Tra il 2014 e il 2015 sia NuSTAR che XMM-Newton hanno osservato nei raggi X il buco nero super-massivo in NGC 1068. Nel mese di agosto del 2014, NuSTAR ha osservato un picco di luminosità provenire dal buco nero. NuSTAR è in grado di rilevare raggi X di più alta energia rispetto a XMM-Newton, i soli potenzialmente in grado di attraversare le dense nubi di materia che circondano il buco nero in NGC 1068. Secondo il team di scienziati questo improvviso picco di raggi X ad alta energia è stato causato da una temporanea riduzione dello spessore del materiale che oscurava il buco nero. «E’ come in un giorno parzialmente nuvoloso e burrascoso, quando le nuvole si muovono rapidamente e coprono e scoprono il sole rispetto alla nostra direzione di vista, lasciando così passare più o meno luce» spiega Marinucci.

Per gli scienziati che hanno condotto lo studio, che viene pubblicato oggi in un articolo sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society letters, ulteriori indagini potranno far luce sulle possibili cause che determinano queste disomogeneità nelle strutture delle ciambelle circondanti i nuclei galattici attivi: «le turbolenze e disomogeneità di queste strutture potrebbero essere generate dall’interno, dallo stesso buco nero nell’atto di ingurgitare materia ad esso vicina, o al contrario da agglomerati di materia di densità diverse che precipitano sulla struttura dall’esterno, attratti dall’intensa forza gravitazionale esercitata dal buco nero» chiarisce Simonetta Puccetti (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma e Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana, ASDC), anche lei nel team che ha realizzato lo studio.

Per saperne di più:

  • l’articolo NuSTAR catches the unveiling nucleus of NGC 1068 di A. Marinucci, S. Bianchi, G. Matt, D. M. Alexander, M. Balokovic, F. E. Bauer, W. N. Brandt, P. Gandhi, M.Guainazzi, F. A. Harrison, K. Iwasawa, M. Koss, K. K. Madsen, F. Nicastro, S. Puccetti, C. Ricci, D. Stern, D. J. Walton pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society letters (clicca qui per la versione disponibile sul sito arxiv.org)