LO STUDIO È PUBBLICATO SU NATURE ASTRONOMY

L’eruzione del buco nero che copre 16 lune piene

Grazie al Murchison Widefield Array, gli astronomi sono riusciti a ottenere un’immagine di Centaurus A senza precedenti. Vista dalla Terra, l'emissione della radiogalassia si estende per otto gradi nel cielo, la lunghezza di 16 lune piene affiancate. Le nuove osservazioni evidenziano un vasto deflusso bipolare con velocità di 1100 chilometri al secondo e di massa pari a 2.9 masse solari all’anno. Tra gli autori anche Massimo Gaspari dell’Inaf

     24/12/2021
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Centaurus A è una gigantesca galassia ellittica attiva distante 12 milioni di anni luce. Al suo centro si trova un buco nero con una massa di 55 milioni di soli. Questa immagine mostra la galassia a lunghezze d’onda radio, dove sono evidenti grandi lobi di plasma che si estendono ben oltre la galassia visibile, che occupa solo una piccola macchia al centro dell’immagine. I punti sullo sfondo non sono stelle, ma radiogalassie molto simili a Centaurus A, a distanze molto maggiori. Crediti: Ben McKinley, Icrar/Curtin and Connor Matherne, Louisiana State University

I buchi neri supermassicci e le esplosioni di supernova al centro delle galassie attive generano cicli energetici di gas che influenzano l’evoluzione galattica e la struttura globale dell’universo. Tuttavia, il vasto intervallo di scale coinvolte (oltre dieci ordini di grandezza) e la scarsità di traccianti disponibili rendono difficile sia la simulazione che l’osservazione di questi fenomeni. Per nostra grande fortuna, esiste una galassia attiva così vicina da consentirne l’osservazione sull’intero intervallo di scale e su tutto lo spettro elettromagnetico: Centaurus A.

Nella banda radio, i dettagli sulle scale tra i 10 e 100 kpc dal buco nero supermassiccio sono sempre stati oscurati da limitazioni strumentali. Ma ora, in un nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy sono riportate osservazioni radio a bassa frequenza che superano queste limitazioni e mostrano le prove di un vasto deflusso bipolare con velocità di 1100 chilometri al secondo e velocità di deflusso di massa, su queste scale, pari a 2.9 masse solari all’anno. Le osservazioni sono state fatte utilizzando il telescopio australiano Murchison Widefield Array (Mwa).

Il primo autore dello studio, Benjamin McKinley della Curtin University, facente parte dell’International Center for Radio Astronomy Research (Icrar), ha affermato che l’immagine rivela nuovi dettagli spettacolari dell’emissione radio dalla galassia. L’emissione che vedete è generata dal materiale che alimenta il buco nero supermassiccio al centro di Centaurus A, distante circa 12 milioni di anni luce da noi. Poiché il buco nero si nutre di gas in caduta, espelle materiale a una velocità prossima a quella della luce, causando la crescita di “bolle radio” per centinaia di milioni di anni. Vista dalla Terra, l’emissione di Centaurus A si estende per otto gradi nel cielo, la lunghezza di 16 lune piene affiancate.

Immagine composita che mostra la galassia e lo spazio intergalattico circostante a diverse lunghezze d’onda. Il plasma che emette onde radio è visualizzato in blu e sembra interagire con il gas che emette raggi X caldi (arancione) e l’idrogeno neutro freddo (viola). Le nubi che emettono H alpha (rosse) sono evidenti anche sopra l’emissione ottica della galassia, che si trova tra le due chiazze radio più luminose. Lo sfondo è a lunghezze d’onda ottiche, e mostra le stelle nella Via Lattea che sono in realtà in primo piano. Crediti: Connor Matherne, Louisiana State University (Optical/Halpha), Kraft et al. (X-ray), Struve et al. (HI), Ben McKinley, Icrar/Curtin (Radio)

«Queste onde radio provengono da materiale che viene risucchiato nel buco nero supermassiccio nel mezzo della galassia», spiega McKinley. «Forma un disco attorno al buco nero e mentre la materia viene fatta a pezzi avvicinandosi al buco nero, si formano potenti getti su entrambi i lati del disco, che espellono la maggior parte del materiale nello spazio, a distanze probabilmente superiori a un milione di anni luce. Le precedenti osservazioni radio non erano state in grado di gestire l’estrema luminosità dei getti, e i dettagli dell’area più ampia che circonda la galassia erano distorti, ma la nostra nuova immagine supera questi limiti».

«Possiamo imparare molto da Centaurus A, proprio perché è così vicina e riusciamo a vederla in modo così dettagliato», continua McKinley. «Non solo alle lunghezze d’onda radio, ma anche a tutte le altre lunghezze d’onda della luce. In questa ricerca siamo stati in grado di combinare le osservazioni radio con i dati ottici e a raggi X, per comprendere meglio la fisica di questi buchi neri supermassicci».

L’astrofisico Massimo Gaspari dell’Istituto Nazionale di Astrofisica racconta a Media Inaf che lo studio ha confermato una nuova teoria nota come Chaotic Cold Accretion (Cca), che sta emergendo in diversi campi interdisciplinari. «In questo modello, gli aloni delle galassia si comportano in maniera analoga alla nostra atmosfera terrestre. In particolare, ogni galassia possiede un alone di gas diffuso (decine di kpc), dal quale si condensano ciclicamente delle nubi di gas freddo. Tali nubi in parte formano l’atmosfera galattica turbolenta e in parte “piovono” sulle regioni centrali, alimentando il buco nero supermassiccio. Innescato da tale pioggia, il buco nero reagisce vigorosamente lanciando indietro energia tramite getti radio che gonfiano gli spettacolari lobi che vediamo nell’immagine Mwa mostrata qui».

Massimo Gaspari di Inaf Oas Bologna, co-autore dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy. Crediti: M. Gaspari

«Inoltre», aggiunge Gaspari, «questo studio è uno dei primi a sondare in modo così comprensivo il “tempo meteorologico cosmico” collegato alla Cca sull’intero range di scale spaziali. Nell’articolo pubblicato su Nature Astronomy mostriamo come le osservazioni radio siano collegate a diversi dati multibanda (ottico, Uv, raggi X) che collegano le micro (buco nero), meso (galassia), e macro (alone della galassia) scale. Assieme ad altre osservazioni, questi dati corroborano la teoria Cca proposta nel 2013, che ha trasformato il modo di studiare e capire la co-evoluzione degli aloni galattici e i loro buchi neri centrali, in termini analoghi alla meteorologia terrestre».

Il direttore del Mwa, Steven Tingay, sottolinea che la ricerca è stata possibile grazie all’ampio campo di vista del telescopio, alla posizione estremamente silenziosa dal punto di vista radio e all’eccellente sensibilità. «Mwa è un precursore dello Square Kilometer Array (Ska), un’iniziativa globale per costruire i più grandi radiotelescopi del mondo nell’Australia occidentale e in Sudafrica», spiega Tingay. «L’ampio campo di vista e di conseguenza la straordinaria quantità di dati che possiamo raccogliere, comporta un potenziale di scoperta molto alto, in ogni osservazione Mwa. Questo fornisce un fantastico passo avanti verso l’ancora più grande Ska».

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