I buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono noti per la loro capacità di attrarre e inglobare quello che si trova nelle loro vicinanze. Non tutta la materia che vi cade dentro viene tuttavia divorata. Una parte viene infatti espulsa nell’ambiente circostante: mentre il gas spiraleggia verso il buco nero, esso accelera progressivamente fino a raggiungere velocità prossime a quella della luce; questo processo produce energia e pressione sufficienti a scagliare una parte del materiale verso l’esterno, sotto forma di potenti venti.
Sebbene si ritenga che questi deflussi di materia siano prodotti da tutti i buchi neri supermassicci, finora nessuno è riuscito a osservare venti attivi provenienti dal buco nero di circa quattro milioni di masse solari residente al centro della nostra galassia, la Via Lattea – quello “fotografato” per la prima volta nel 2022: Sagittarius A*.
Immagine ottenuta con i dati del radiotelescopio Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (Alma), in Cile, che mappa la posizione del gas freddo, composto principalmente da monossido di carbonio, nei pressi di Sagittarius A*. In basso nell’immagine è visibile la cavità a forma di cono che punta direttamente verso il buco nero. Crediti: Eso/Naoj/Nrao/Alma; Image processing: Nasa/Cxc/Sao/K. Arcand and P. Edmonds
Finora, appunto. Dopo oltre mezzo secolo dalla scoperta di Sgr A*, avvenuta nei primi anni del 1970, due astrofisici della Northwestern University sono finalmente riusciti nell’impresa. Utilizzando l’array di radiotelescopi Alma, i ricercatori hanno trovato la prova dell’esistenza di un vento attivo generato dal buco nero, risolvendo uno dei misteri più longevi dell’astrofisica moderna e aprendo al tempo stesso una nuova finestra sui processi fisici che avvengono nel cuore della nostra galassia. Lo studio è stato pubblicato la settimana scorsa su The Astrophysical Journal Letters.
Per ottenere questo risultato, Mark Gorski e Lena Murchikova, del Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics della Northwestern University, hanno utilizzato i dati raccolti con Alma in cinque anni di osservazioni. La loro analisi ha fornito la mappa più dettagliata mai prodotta del gas molecolare freddo che circonda il buco nero.
L’immagine mostra il gas situato vicino a Sgr A*, a una distanza di appena un parsec – circa tre anni luce – dal buco nero. Applicando una sofisticata tecnica di calibrazione per eliminare i segnali radio provenienti dal buco nero, i ricercatori sono riusciti a ottenere un’immagine cento volte più profonda e ottanta volte più nitida rispetto alle precedenti mappe della stessa regione.
Proprio questa elevata qualità ha permesso di rivelare una struttura mai osservata prima: un’enorme cavità a forma di cono, estesa per quasi un parsec e ampia circa 45 gradi, completamente svuotata del gas molecolare freddo che circonda l’area: l’impronta del vento caldo ricercato da oltre cinquant’anni dai ricercatori.
«A meno che non si trovi in un vuoto perfetto – e nell’universo il vuoto perfetto non esiste – un buco nero deve produrre in qualche modo un vento», sottolinea Gorski. «Grazie a queste nuove osservazioni, abbiamo finalmente ottenuto una visione abbastanza nitida da individuarne l’impronta. Guardando i dati abbiamo pensato: eccolo, è proprio ciò che tutti stavano cercando da cinquant’anni».
Secondo i ricercatori, solo un vento proveniente da Sgr A* avrebbe potuto infatti creare questa regione cava: un vento talmente energetico da spazzare via il materiale circostante o da riscaldarlo a tal punto da renderlo invisibile alle osservazioni.
«Se del materiale caldo viene espulso dal buco nero, non può coesistere con il gas freddo», dice a questo proposito Gorski. «O lo spinge via oppure lo riscalda. E quando il gas diventa troppo caldo, semplicemente non lo vediamo più».
Rispetto a quanto ipotizzato dai modelli e confermato dalle osservazioni di altri Agn, questo risultato conferma dunque che il buco nero al centro della nostra galassia non è un’eccezione alla regola. «Siamo stati i primi a mostrare che il gas molecolare molto vicino al buco nero lo sta alimentando», spiega Murchikova. «Il vento che Sagittarius A* produce non è particolarmente potente e probabilmente la sua direzione cambia nel tempo. Questo dimostra che il nostro buco nero non è un caso unico e che il nostro posto nell’universo non ha nulla di speciale».
Nello studio, i ricercatori hanno preso in considerazione anche altri possibili scenari per spiegare l’origine della cavità, tra cui l’azione dei venti prodotti dalle stelle vicine. I loro calcoli mostrano però che l’energia necessaria per scavare una struttura di quelle dimensioni è molto superiore a quella che l’intera popolazione stellare presente nella regione sarebbe in grado di fornire. Di conseguenza, l’ipotesi più plausibile resta quella del vento proveniente da Sagittarius A*.
«Si tratta di una quantità enorme di materiale mancante», osserva Gorski. «Abbiamo calcolato quanta energia sarebbe necessaria per scavare questa cavità e il valore ottenuto supera di gran lunga quella che potrebbe essere fornita dalle stelle presenti nella regione. Deve quindi esserci un contributo del buco nero supermassiccio. Inoltre, se si osserva la forma del cono, si nota che punta direttamente verso il buco nero».
Immagine composita che mostra le evidenze di un vento in uscita da Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Il punto bianco al centro dell’immagine ne indica la posizione. In arancione sono mostrati i dati dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), in Cile, che tracciano la distribuzione del gas molecolare freddo composto da monossido di carbonio; in blu i dati nei raggi X del Chandra X-ray Observatory. La struttura conica visibile nell’immagine sarebbe stata scavata da un vento caldo ed energetico proveniente da Sgr A*, che avrebbe disperso o riscaldato il gas freddo presente nella regione. Crediti: Nasa/Cxc/Northwestern University/Mark Gorski
Per rafforzare ulteriormente questa interpretazione, i ricercatori hanno confrontato i propri dati con quelli ottenuti da precedenti osservazioni con il telescopio spaziale a raggi X Chandra della Nasa.
«Affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie», sottolinea Gorski. «Volevamo essere certi di non trovarci di fronte a un artefatto delle immagini. Poi l’immagine ai raggi X di Chandra si è inserita perfettamente. Le caratteristiche molecolari coincidevano». Le immagini di Chandra mostrano infatti intense emissioni X esattamente nella stessa regione in cui manca il gas freddo.
In base all’estensione degli effetti osservati su un vicino flusso di gas ionizzato, gli autori stimano che questo vento sia attivo da almeno 20mila anni. Lo studio suggerisce inoltre che Sgr A* sia relativamente tranquillo rispetto ai buchi neri supermassicci al centro di altre galassie, offrendoci un’importante lezione sull’evoluzione dei buchi neri supermassicci: sebbene siamo abituati a osservare nuclei galattici estremamente attivi e luminosi, ciò è vero soltanto per brevi fasi della loro esistenza.
«La maggior parte delle galassie trascorre gran parte della propria vita in uno stato relativamente tranquillo», conclude Murchikova. «Noi però tendiamo a notarle quando attraversano fasi spettacolari, simili a fuochi d’artificio cosmici. Sagittarius A* ci offre finalmente l’opportunità di studiare un buco nero nella sua condizione più comune: quella di apparente quiete».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “The Discovery of an Active Wind from the Milky Way’s Central Black Hole” di Mark D. Gorski e Lena Murchikova