Sono circa trent’anni che pensiamo che i buchi neri di massa stellare in sistemi binari possano produrre soltanto getti “moderatamente” relativistici, ovvero che viaggiano solo a una frazione limitata della velocità della luce. Ma quanto possono diventare estremi questi getti? Uno studio pubblicato su Nature Communications mostra che possono raggiungere velocità molto più elevate di quanto osservato finora, avvicinandosi a quelle dei getti altamente relativistici prodotti dai giganteschi buchi neri attivi al centro delle galassie, con masse di milioni di volte quella del Sole.
Rappresentazione artistica del buco nero Maxi J1820+070. Crediti: John Paice
Il sistema oggetto di monitoraggio è stato la sorgente galattica a raggi X 4U 1543-47, una binaria che ospita un buco nero con una massa pari a circa dieci volte quella del Sole. Monitorando la sua emissione durante un periodo di intensa attività, avvenuto tra il 2021 e il 2023, è stato possibile individuare due getti di plasma che, grazie al loro moto apparente estremamente rapido, sono stati osservati propagarsi fino a oltre tre anni luce in meno di due anni. L’ampia campagna osservativa ha avuto una durata complessiva di venti mesi e ha combinato dati nei raggi X raccolti da diversi telescopi spaziali e osservazioni radio ottenute con il radiotelescopio MeerKat. In particolare, questi getti risultano essere gli oggetti celesti con la velocità apparente più grande mai osservati al di fuori del sistema solare.
Conoscendo distanza e il moto proprio di questi getti, il team ha potuto porre dei limiti inferiori molto stringenti al loro fattore di Lorentz, ovvero una misura di quanto i getti sono “relativistici”. Più il fattore di Lorentz è grande, più sono marcati effetti relativistici come la dilatazione del tempo. I risultati dimostrano che questi getti sono i più veloci mai osservati finora da una sorgente simile, muovendosi con velocità intrinseche oltre il 97 per cento della velocità della luce, numeri finora osservati soltanto per i nuclei galattici attivi (Agn), per i rari getti da eventi di distruzione mareale e per i lampi gamma – tutti eventi extragalattici.
Francesco Carotenuto dell’Inaf di Roma
«Adesso sappiamo che i buchi neri di massa stellare in accrescimento possono lanciare getti relativistici con velocità prossime a quelle osservate negli Agn, qualcosa che non si pensava potesse succedere», spiega Francesco Carotenuto dell’Inaf di Roma. «Questo aggiunge ingredienti preziosi per capire come funzioni il motore che accelera e lancia questi getti in tutto l’universo, e per studiare se la connessione tra disco di accrescimento e getto segua gli stessi principi fisici su scale di massa estremamente diverse, dai buchi neri stellari fino ai buchi neri supermassicci. Il vantaggio dei sistemi galattici come 4U 1543-47 è che evolvono su scale temporali umane, permettendoci di seguire l’intero ciclo di accrescimento e lancio dei getti nel giro di pochi mesi o anni».
Il lavoro è stato reso possibile grazie a un monitoraggio a cadenza settimanale costante per circa due anni nel contesto della collaborazione ThunderKat, che ha osservato tutte le binarie ai raggi X attive tra il 2018 e il 2023 con il telescopio MeerKat. La sensibilità di MeerKat a frequenze del GHz ha garantito la rilevazione di questi getti anche con osservazioni settimanali di soli 15 minuti.
«Il progetto ThunderKat, da cui la collaborazione prende il nome, e il suo erede X-Kat stanno cambiando la nostra comprensione dei getti relativistici da sistemi binari galattici. Le nostre campagne osservative hanno fornito risultati fondamentali che ci permettono di capire come i getti vengono lanciati, come si propagano nello spazio,e come interagiscono con l’ambiente», conclude Sara Motta dell’Inaf di Milano, co-autrice dell’articolo.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Jets from a stellar-mass black hole are as relativistic as those from supermassive black holes” di Xian Zhang, Wenfei Yu, Francesco Carotenuto, Rob Fender, Sara Motta, et al.