Per la prima volta, grazie all’Event Horizon Telescope (Eht) gli astronomi hanno osservato una galassia candidata a ospitare un sistema binario di buchi neri supermassici, con una risoluzione angolare senza precedenti. I risultati, pubblicati oggi su Astronomy & Astrophysics, offrono una straordinaria testimonianza visiva di una “danza” cosmica che modella i potenti getti che fuoriescono dal cuore della galassia lontana.
La sorgente si chiama OJ287 e si trova a 1,6 miliardi di anni luce di distanza. Grazie all’eccellente risoluzione di Eht – equivalente a quella necessaria per individuare una pallina da tennis sulla superficie della Luna – il team ha catturato due onde d’urto che scorrono lungo il getto a velocità diverse. E mentre queste onde d’urto si muovono attraverso un campo magnetico vorticoso, producono un fenomeno straordinario mai osservato direttamente in precedenza.
Osservazioni dell’Event Horizon Telescope di OJ287 del 5 e 10 aprile 2017, che rivelano la struttura del getto a una risoluzione di soli 0,75 anni luce dal buco nero supermassiccio. Le immagini in luce polarizzata (pannelli di sinistra) mostrano tre componenti brillanti che evolvono visibilmente nell’intervallo di cinque giorni, la scala temporale più breve su cui tali cambiamenti siano stati finora direttamente osservati in questa sorgente. Le due componenti più interne mostrano rotazioni della polarizzazione in direzioni opposte: la componente più veloce C1/P1 (frecce blu-ciano) ruota in senso antiorario di +18°, mentre la componente più lenta C2/P2 (frecce rosa-magenta) ruota in senso orario di −12°. La componente C3*/P3*, più esterna, mostra una polarizzazione radiale caratteristica di uno shock di ricollimazione. Lo schema (a destra) illustra come componenti di shock (frecce verdi) che si propagano nel getto a velocità diverse interagiscano con un pattern elicoidale di instabilità di Kelvin-Helmholtz (linee blu), campionando fasi differenti del campo magnetico elicoidale (arancione) e producendo le rotazioni opposte osservate. Crediti: Collaborazione EHT / E. Traianou. (Gómez, J. L. et al., A&A 2026, DOI: 10.1051/0004-6361/202555831).
Le osservazioni, effettuate il 5 e il 10 aprile 2017, hanno catturato il getto in due istantanee separate, rivelando cambiamenti sostanziali sia nella struttura sia nelle proprietà di polarizzazione avvenute nell’arco di soli cinque giorni. «Stiamo risolvendo spazialmente le singole componenti d’urto e osservando la loro interazione con le instabilità di Kelvin-Helmholtz», commenta Ilje Cho dell’Istituto coreano di astronomia e scienze spaziali. «È la prima volta che osserviamo direttamente questa interazione tra shock e instabilità in un getto di un buco nero».
«Abbiamo osservato OJ287 per la prima volta con l’Eht a 1,3 mm, raggiungendo un’eccezionale risoluzione angolare di 18 microsecondi d’arco (µas)», commenta Rocco Lico, ricercatore Inaf, information technology officer dell’Eht e coordinatore del gruppo di lavoro sui nuclei galattici attivi (Agn) fino al 2025. «Le variazioni osservate, sia nelle proprietà strutturali sia in quelle di polarizzazione, su una scala temporale di soli cinque giorni, l’intervallo più breve su cui una tale variabilità sia stata risolta spazialmente in questa sorgente, evidenziano la natura fortemente dinamica della struttura del campo magnetico all’interno del getto relativistico. Le immagini di intensità totale mostrano una struttura del getto fortemente contorta, estesa verso nord-ovest, con componenti che presentano moti superluminali apparenti fino a velocità di circa 22 c (dove c rappresenta la velocità della luce nel vuoto)».
«L’analisi in luce polarizzata rivela tre componenti polarizzate prominenti all’interno del getto, che mostrano variazioni significative nei rispettivi angoli di polarizzazione nell’arco di cinque giorni», aggiunge . «Le due componenti più interne del getto mostrano angoli di polarizzazione che ruotano in direzioni opposte: la componente più rapida (circa 17,4 c) subisce rotazioni in senso antiorario a un tasso di circa 3,7 gradi al giorno, mentre la componente più lenta (circa 10,2 c) ruota in senso orario a circa 2,5 gradi al giorno. Questo risultato fornisce la prima conferma diretta (grazie al fatto che riusciamo a risolvere spazialmente le diverse componenti) dell’esistenza di un campo magnetico elicoidale che permea le regioni di collimazione e accelerazione del getto, precedentemente dedotto ma non direttamente osservato nei getti degli Agn».
«Tali variazioni osservate nel getto sono solitamente interpretate in termini di un effetto di precessione del getto stesso. Tuttavia, nei modelli di precessione ci si aspetterebbe che le componenti del getto si muovano in modo balistico lungo il getto», spiega Lico. «Le nostre osservazioni, invece, indicano moti non balistici di queste componenti, mettendo in discussione l’ipotesi della precessione come unica spiegazione della morfologia osservata della sorgente. I rapidi moti propri da noi misurati suggeriscono che in queste regioni interne l’energia cinetica delle particelle superi l’energia magnetica, e questo favorisce lo sviluppo di instabilità di Kelvin–Helmholtz, che sorgono a causa del gradiente di velocità sulla superficie di contatto tra il getto (che si muove a velocità relativistiche) e il mezzo circostante (che è quasi statico). Queste instabilità possono generare distorsioni elicoidali che, quando proiettate sul piano del cielo, si manifestano come una struttura “contorta”, proprio come quella osservata in OJ287. E proprio la struttura contorta del getto osservata in OJ287, insieme all’elevato grado di polarizzazione delle componenti e all’evoluzione dei loro angoli di polarizzazione, indica una complessa interazione tra instabilità di Kelvin–Helmholtz e shock in un getto permeato da un campo magnetico elicoidale».
«Queste rotazioni in direzioni opposte sono la smoking gun», afferma José L. Gómez, primo autore dello studio, dell’Instituto de Astrofísica de Andalucía-Csic. «Quando le componenti dell’onda d’urto interagiscono con l’instabilità di Kelvin-Helmholtz, illuminano diverse fasi della struttura elicoidale del campo magnetico, producendo le oscillazioni di polarizzazione che osserviamo».
Evoluzione della polarizzazione nel getto di OJ287. Crediti: Collaborazione EHT / E. Traianou. (Gómez, J. L. et al., A&A 2026, DOI: 10.1051/0004-6361/202555831).
«Nel modello che proponiamo, le instabilità di Kelvin–Helmholtz generano strutture filamentari che interagiscono con shock in propagazione», spiega Lico. «Tali interazioni comprimono il campo magnetico e amplificano l’emissione in specifiche regioni del getto, spiegando le caratteristiche osservate sia in intensità totale sia in luce polarizzata, nonché le rapide variazioni degli angoli di polarizzazione e i moti apparenti non balistici osservati, pur in presenza di un getto globalmente rettilineo. Per la prima volta, i dati ad alta risoluzione dell’Eht ci consentono di visualizzare direttamente queste strutture, fornendo evidenze concrete dell’interazione tra instabilità del getto, shock e campi magnetici elicoidali».
OJ287 è un candidato ideale per queste osservazioni, in cui due buchi neri supermassicci orbitano l’uno attorno all’altro. Questo sistema è noto per le sue spettacolari esplosioni periodiche, che lo rendono un laboratorio unico per lo studio della fisica dei buchi neri. Le osservazioni di Eht hanno sondato il getto su scale di appena 10-100 volte il raggio gravitazionale del buco nero, proprio dove il getto viene lanciato e i campi magnetici svolgono il loro ruolo più cruciale.
Le osservazioni hanno inoltre rivelato una terza componente polarizzata nel getto. «La componente polarizzata più esterna, localizzata a circa 200 µas a nord-ovest del nucleo, è fortemente polarizzata (con un picco di circa il 25 per cento) e presenta una distribuzione radiale degli angoli di polarizzazione che rispecchia la presenza di un campo magnetico altamente strutturato», spiega Lico. «Queste caratteristiche suggeriscono la presenza in questa regione di uno shock di ricollimazione, in grado di comprimere il campo magnetico e produrre una polarizzazione intensificata e una distribuzione più complessa e strutturata degli angoli di polarizzazione».
«Questo risultato mostra che l’Eht non serve solo a produrre immagini spettacolari, ma può essere usato per capire la fisica che governa i getti dei buchi neri», conclude Mariafelicia De Laurentis, professoressa all’Università Federico II di Napoli, ricercatrice Infn, e Project Scientist della collaborazione Eht. «Distinguere osservativamente tra ciò che è dovuto alla geometria e ciò che è invece il risultato di processi fisici reali è un passaggio chiave per confrontare i modelli teorici con le osservazioni».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Spatially resolved polarization swings in the supermassive binary black hole candidate OJ 287 with first Event Horizon Telescope observations” di José L. Gómez et al.