OSSERVAZIONI COMPIUTE ANCHE CON IL TNG DELL’INAF ALLE CANARIE

Inversione dei poli magnetici d’un buco nero

È accaduto nel cuore di una galassia a 216 milioni di anni luce da noi: l’inversione dei poli magnetici del buco nero supermassiccio ha innescato un’enorme eruzione energetica. Allo studio, guidato da Sibasish Laha della Nasa, hanno partecipato anche Stefano Bianchi e Fabio La Franca dell’Università di Roma Tre e Francesca Panessa dell’Inaf di Roma

     05/05/2022
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Rappresentazione artistica del disco di accrescimento, della corona (il cono di pallidi vortici sopra il disco) e del buco nero supermassiccio della galassia attiva 1ES 1927+654. Crediti: Nasa/Sonoma State University, Aurore Simonnet

Un’esplosione rara ed enigmatica osservata in una galassia a 216 milioni di anni luce da noi potrebbe essere stata innescata da un cosiddetto “flip magnetico”: un’inversione dei poli del campo magnetico che circonda il buco nero supermassiccio che alberga nel cuore della galassia stessa. Lo suggerisce uno studio in uscita su The Astrophysical Journal, firmato tra gli altri da Francesca Panessa dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), nel quale le insolite caratteristiche dell’eruzione osservata vengono spiegate con i cambiamenti dell’ambiente attorno al buco nero che un’inversione del campo magnetico potrebbe innescare.

«Variazioni repentine nell’emissione in luce visibile e ultravioletta sono già stati osservati in alcune dozzine di galassie simili a questa», ricorda il primo autore dello studio, Sibasish Laha, ricercatore postdoc alla University of Maryland (Usa) e al Goddard Space Flight Center della Nasa. «Questa è la prima volta in cui assistiamo alla completa scomparsa dell’emissione X mentre alle altre lunghezze d’onda il segnale diventa più luminoso».

L’analisi è stata condotta su osservazioni sia nuove che d’archivio, lungo l’intero spettro elettromagnetico. Le misure in ultravioletto e X sono state fornite dal Neil Gehrels Swift Observatory della Nasa e dal satellite Xmm-Newton dell’Esa. Per quelle in luce visibile si è fatto ricorso al Gran Telescopio Canarias da 10.4 metri e al Telescopio nazionale Galileo da 3.6 metri dell’Inaf, entrambi situati sull’isola di La Palma, alle Canarie (Spagna). Le misurazioni in banda radio, infine, sono state acquisite dal Very Long Baseline Array (una rete di dieci radiotelescopi situati negli Stati Uniti), dal Very Large Array (New Mexico, Usa) e dalla rete europea Vlbi (Evn).

«Tutto ha avuto inizio nel marzo del 2018, quando si è scoperto – da un alert generato dal sistema Asassn (All-Sky Automated Survey for Supernovae) – che l’emissione in luce visibile da una galassia chiamata 1ES 1927+654 è aumentata di quasi cento volte», ricordano Stefano Bianchi e Fabio La Franca dell’Università di Roma Tre, tra i firmatari dell’articolo. Da una rapida ricerca nell’archivio di Atlas (Asteroid Terrestrial Impact Last Alert System, un programma finanziato dalla Nasa) emerge che l’eruzione aveva in realtà avuto inizio alcuni mesi prima, verso la fine del 2017.

Ma non è l’unica sorpresa. Dopo circa tre mesi dalla scoperta del brusco aumento in banda ottica, ecco che scompare del tutto l’emissione dalla galassia in banda X.

Per comprendere cosa possa essere accaduto, occorre anzitutto considerare come avviene l’emissione dai buchi neri supermassicci. La maggior parte delle grandi galassie, compresa la nostra Via Lattea, ne ospita uno – oggetti con masse che vanno da milioni a miliardi di volte quella del Sole. Quando la materia circostante precipita verso un buco nero, tende a disporsi lungo una struttura appiattita che lo circonda: il cosiddetto disco di accrescimento. Vorticando lentamente verso l’interno, questa materia si riscalda ed emette luce visibile, ultravioletta e raggi X a bassa energia. Nei pressi del buco nero, invece, si forma una nuvola di particelle estremamente calde – chiamata corona – che emette raggi X ad alta energia. L’intensità di queste emissioni dipende da quanta materia fluisce verso il buco nero.

«Una precedente interpretazione suggeriva che a innescare l’eruzione potesse essere stata una stella lacerata dal passaggio troppo ravvicinato al buco nero, così da interrompere il flusso di gas», spiega una coautrice dello studio, Josefa Becerra Gonzalez dell’Istituto di astrofisica delle Isole Canarie e dell’Università di La Laguna (Tenerife, Canarie). «Noi però mostriamo come l’emissione prodotta da un evento simile sarebbe svanita più rapidamente rispetto a quanto abbiamo osservato».

La scomparsa dell’emissione X, un fenomeno pressoché senza precedenti, porta poi gli astronomi a sospettare che sia il campo magnetico a produrre e mantenere la corona, e dunque che qualsiasi cambiamento magnetico possa avere una ricaduta sulle proprietà dei raggi X da essa emessi.

«Un’inversione magnetica tale per cui il polo nord diventi quello sud, e viceversa, è ciò che sembra meglio rendere conto delle osservazioni», dice lo scienziato che ha sviluppato il modello, Mitchell Begelman, della University of Colorado, Boulder (Usa), anch’egli fra i coautori dello studio. «Il campo inizia a indebolirsi nelle regioni più esterne del disco di accrescimento, causando così un riscaldamento maggiore ed un aumento d’intensità nella luce visibile e ultravioletta».

Man mano che il processo d’inversione avanza, il campo magnetico diventa così debole da non riuscire più a sostenere la corona, ed ecco che l’emissione di raggi X scompare. Poi, gradualmente, il campo magnetico riprende forza, questa volta con il nuovo orientamento. E nel maggio 2019, circa trecento giorni dopo la sua scomparsa, l’emissione X si è in effetti ripresentata – segno del completo ripristino della corona.

È probabile che le inversioni magnetiche siano eventi comuni nel cosmo. Dalle testimonianze geologiche sappiamo che il campo terrestre s’inverte in modo imprevedibile, con una media – nel recente passato – di alcune inversioni ogni milione di anni. Nel Sole, al contrario, l’inversione magnetica fa parte del normale ciclo di attività, con uno scambio fra i poli nord e sud all’incirca ogni 11 anni.

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