Da trent’anni gli astronomi sono alla ricerca di qualcosa che erano abbastanza certi dovesse esistere nella nostra galassia, senza però riuscire a trovarlo. Ora un team internazionale guidato da ricercatori di istituzioni spagnole, olandesi e argentine lo ha individuato nascosto dietro una cortina di polvere interstellare, a circa 12mila anni luce dalla Terra.
L’oggetto si chiama Iras 18293−0941. È un sistema binario: una stella calda e massiccia attorno alla quale orbita – ogni 11 giorni, 9 ore, 7 minuti e 12 secondi – un buco nero. La materia proveniente dalla stella cade nel buco nero, che ne inghiotte una parte ed espelle il resto lungo due getti contrapposti a tre quarti della velocità della luce. Ciò che rende questo sistema straordinario è la direzione in cui puntano quei getti: quasi direttamente verso di noi.
Il cugino galattico di un mostro cosmico
I getti provenienti da buchi neri e diretti verso la Terra non sono una novità per l’astronomia. Molto al di fuori della nostra galassia, nel cuore di galassie lontane, buchi neri supermassicci miliardi di volte più pesanti del Sole lanciano getti che, per caso, sono orientati nella nostra direzione. Chiamiamo questi oggetti blazar, e sono estremamente luminosi e violenti.
Fin dagli anni Novanta, i teorici sostengono che lo stesso fenomeno dovrebbe esistere, in miniatura, nella Via Lattea, e hanno chiamato questi oggetti microblazar: vale a dire, microquasar con un getto diretto verso la Terra. Nessuno ne aveva mai trovato uno in grado di superare una verifica approfondita sulla sua effettiva natura. Iras 18293−0941 è il primo a riuscirci: il primo microblazar scoperto nella nostra galassia.
Rappresentazione artistica di Iras 18293−0941. Una stella massiccia e un buco nero orbitano l’una attorno all’altro. Il materiale proveniente dalla stella che il buco nero accresce viene espulso attraverso due getti a tre quarti della velocità della luce. Il getto a sinistra è diretto quasi verso la Terra ed è illuminato dal proprio moto; quello a destra è diretto nella direzione opposta ed è invisibile, tradito solo dal brillante punto caldo che crea nel punto in cui entra in collisione con una nube molecolare. Crediti: B. Marcote (Jive/Astron)
«Tutto ciò che riguarda Iras 18293−0941 era nascosto in bella vista», dice Josep Martí (Università di Jaén, Spagna), primo autore dell’articolo che riporta la scoperta, in uscita su Astronomy & Astrophysics. «Si trova dietro una tale quantità di polvere da essere essenzialmente invisibile nelle normali immagini ottiche. Era stato catalogato decenni fa e poi più o meno dimenticato».
Un getto rivolto verso di noi
Anni di monitoraggio, con la rilevante partecipazione degli osservatori astronomici spagnoli di Montsec, Calar Alto e dell’Università di Jaén, hanno mostrato come la luce della stella presentasse un lieve tremolio. Un sussurro di variazione che ha consentito non solo di misurare il periodo orbitale – della durata, appunto, di 11,38 giorni – ma anche di stabilire che l’orbita è quasi perpendicolare (face on) rispetto alla nostra linea di vista.
Le immagini radio hanno inoltre rivelato l’esistenza di un getto diretto verso di noi. Un singolo getto visibile da un solo lato, spiegabile soltanto assumendo che sia orientato quasi in direzione della Terra. Il getto sul lato opposto rimane nascosto a causa di un effetto previsto dalla teoria della relatività di Einstein. Utilizzando i radiotelescopi della European Vlbi Network (Evn), gli autori dello studio hanno ottenuto immagini ad altissima risoluzione, confermando l’orientamento del getto e il fatto che provenisse realmente dal sistema stellare. L’Evn è una rete di radiotelescopi distribuita su scala continentale che si comporta come un’unica antenna larga migliaia di chilometri; alle osservazioni hanno partecipato antenne situate a Hartebeesthoek (Sudafrica), Irbene (Lettonia), Jodrell Bank (Regno Unito), le due parabole da 32 metri dell’Inaf di Medicina e Noto (Italia), Onsala (Svezia), Tianma (Cina), Toruń (Polonia), Westerbork (Paesi Bassi), Yebes (Spagna), oltre alle antenne eMerlin (Regno Unito).
Due metodi completamente indipendenti, uno radio e uno ottico, hanno dunque fornito la stessa risposta.
«È stato questo il momento in cui il risultato è diventato affidabile», dice Benito Marcote (Joint Institute for Vlbi Eric, Jive, nei Paesi Bassi). Un getto radio unilaterale, preso da solo, sarebbe infatti potuto provenire da una galassia lontana situata casualmente nella stessa direzione della stella studiata. Ma non era questo il caso. «La risoluzione raggiunta dall’Evn, insieme alla posizione nota della stella fornita dal satellite Gaia, lo ha confermato: il getto appartiene al sistema stellare», conclude Marcote.
Un getto invisibile che perfora una nube
L’altro getto – quello in allontanamento – è invisibile. Ma non è scomparso, e il team ne ha trovato l’ombra. Immagini profonde ottenute con il radiotelescopio sudafricano MeerKat mostrano infatti la presenza di un’enorme bolla, delle dimensioni di cento anni luce, lungo il percorso del getto. E al margine più lontano di quella bolla si trova un nodo compatto e brillante di emissione radio: un cosiddetto hotspot. Si tratta di una collisione d’urto tra il getto e il mezzo interstellare, nella quale le particelle vengono accelerate, la polvere viene riscaldata e il gas di idrogeno viene fatto brillare.
Confronto tra le immagini astronomiche di Iras 18293-0941 (a sinistra) e la rappresentazione artistica (a destra). Le parti interne del sistema sono state rivelate dalle osservazioni radio ad altissima risoluzione effettuate con Evn, mentre l’interazione del getto con il mezzo interstellare, che produce una bolla e un hotspot, è visibile grazie al radiotelescopio MeerKat. Crediti: Iras, Jive, Evn
Esattamente in quella posizione, altri osservatori come Lhaaso (Cina), Hawc (Messico), Hess (Namibia) e il satellite Fermi hanno rilevato una sorgente di raggi gamma ad altissima energia: singoli fotoni con energie superiori a centomila miliardi di elettronvolt – oltre dieci volte l’energia che il Large Hadron Collider riesce a conferire a un singolo protone. L’origine dell’energia di questi PeVatron galattici è una delle questioni aperte dell’astrofisica moderna.
Perché è importante
Il team mostra come i diversi elementi possano combaciare. Il getto trasporta una potenza sufficiente – pari a mezzo milione di volte l’energia irradiata dal Sole – affinché, nel punto in cui colpisce la nube molecolare, possa accelerare i protoni a energie enormi, che vanno poi a scontrarsi con il gas denso. Queste collisioni producono particelle che emettono immediatamente radiazione sotto forma di raggi gamma.
«L’aspetto elegante è che il motore acceleratore e il bersaglio sono due oggetti distinti, separati da decine di parsec», osserva Pedro Luque-Escamilla (Università di Jaén, Spagna, e coautore della ricerca). «È il getto a occuparsi dell’accelerazione. Ed è la nube a occuparsi dell’emissione»
Per la prima volta è stato dunque individuato, nel nostro vicinato galattico, un analogo dei lontani blazar, confermando così una previsione risalente a trent’anni fa. Ciò consente di iniziare a studiare sistemi di questo tipo a una scala molto più dettagliata e seguirne l’evoluzione su scale temporali umane. Inoltre, l’interazione del getto con il mezzo interstellare, che produce un hotspot così ben definito, conferma che queste interazioni possono essere importanti nello studio dell’evoluzione della Via Lattea. Infine, la potenziale associazione con una regione PeVatron rappresenta un ulteriore passo verso la comprensione di queste regioni estreme e della loro origine.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “A Galactic microblazar as a potential accelerator of ultra-high-energy particles”, di Josep Martí, Pedro L. Luque-Escamilla, Benito Marcote, Leandro Abaroa, Arnau Aguasca-Cabot, Jorge A. Combi, Gustavo E. Romero, Josep M. Paredes, Federico García, Federico Fogantini, Enzo A. Saavedra, Daniel del Ser e Jakob van den Eijnden