La prima foto dei buchi neri che lanciano getti di materia

Per la prima volta gli astronomi hanno osservato, nella stessa immagine, l’ombra del buco nero al centro della galassia Messier 87 (M87) e il potente getto espulso da esso.

Il buco nero e il suo getto

Le osservazioni sono state effettuate nel 2018 con i telescopi del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), di cui l’ESO è partner, e del Greenland Telescope (GLT). Grazie a questa nuova immagine, gli astronomi possono capire meglio come i buchi neri possano lanciare getti così energetici.

La maggior parte delle galassie ospita al centro un buco nero supermassiccio. Mentre i buchi neri sono noti per inghiottire la materia nelle loro immediate vicinanze, possono anche lanciare potenti getti di materia che si estendono oltre le galassie in cui vivono. Capire come i buchi neri creano getti così enormi è stato un problema di lunga data in astronomia. «Sappiamo – afferma Ru-Sen Lu dell’Osservatorio astronomico di Shanghai in Cina – che i getti vengono espulsi dalla regione che circonda i buchi neri, ma ancora non comprendiamo appieno come ciò avvenga effettivamente. Per studiarlo direttamente dobbiamo osservare l’origine del getto il più vicino possibile al buco nero».

La prima fotografia

La nuova immagine pubblicata oggi mostra proprio questo per la prima volta: come la base di un getto si connette con la materia che ruota attorno a un buco nero supermassiccio. L’obiettivo è la galassia M87, situata a 55 milioni di anni luce di distanza nel nostro vicinato cosmico, e sede di un buco nero 6,5 miliardi di volte più massiccio del Sole.

Precedenti osservazioni erano riuscite a fotografare separatamente la regione vicina al buco nero e al getto, ma questa è la prima volta che entrambe le caratteristiche sono state osservate insieme. «Questa nuova immagine – aggiunge Jae-Young Kim della Kyungpook National University in Corea del Sud e del Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germania- completa il quadro mostrando contemporaneamente la regione attorno al buco nero e al getto». L’immagine è stata ottenuta con GMVA , ALMA e GLT , formando una rete di radiotelescopi in tutto il mondo che lavorano insieme come un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra. Una rete così grande può discernere dettagli molto piccoli nella regione attorno al buco nero di M87. La nuova immagine mostra il getto che emerge vicino al buco nero, così come quella che gli scienziati chiamano l’ombra del buco nero. Mentre la materia orbita attorno al buco nero, si riscalda ed emette luce. Il buco nero si piega e cattura parte di questa luce, creando una struttura ad anello attorno al buco nero visto dalla Terra.

L’ombra del buco nero

L’oscurità al centro dell’anello è l’ombra del buco nero, che è stata ripresa per la prima volta dall’Event Horizon Telescope (EHT) nel 2017. Sia questa nuova immagine che quella EHT combinano dati presi con diversi radiotelescopi in tutto il mondo, ma l’immagine rilasciata oggi mostra la luce radio emessa a una lunghezza d’onda maggiore di quella EHT: 3,5 mm invece di 1,3 mm. «A questa lunghezza d’onda – spiega Thomas Krichbaum del Max Planck Institute for Radio Astronomy – possiamo vedere come il getto emerge dall’anello di emissione attorno al buco nero supermassiccio centrale». La dimensione dell’anello osservata dalla rete GMVA è circa il 50% più grande rispetto all’immagine dell’Event Horizon Telescope. «Per comprendere l’origine fisica dell’anello più grande e più spesso – spiega Keiichi Asada dell’Academia Sinica di Taiwan – abbiamo dovuto utilizzare simulazioni al computer per testare diversi scenari». I risultati suggeriscono che la nuova immagine rivela più materiale che sta cadendo verso il buco nero rispetto a quanto si potrebbe osservare con l’EHT. Queste nuove osservazioni del buco nero di M87 sono state condotte nel 2018 con il GMVA, che consiste di 14 radiotelescopi in Europa e Nord America. Inoltre, altre due strutture sono state collegate al GMVA: il Greenland Telescope e ALMA, di cui l’ESO è partner. ALMA è costituito da 66 antenne nel deserto cileno di Atacama e ha svolto un ruolo chiave in queste osservazioni. I dati raccolti da tutti questi telescopi in tutto il mondo vengono combinati utilizzando una tecnica chiamata interferometria, che sincronizza i segnali prelevati da ogni singola struttura. Ma per catturare correttamente la forma reale di un oggetto astronomico è importante che i telescopi siano sparsi su tutta la Terra. I telescopi GMVA sono per lo più allineati da est a ovest, quindi l’aggiunta di ALMA nell’emisfero australe si è rivelata essenziale per catturare questa immagine del getto e dell’ombra del buco nero di M87. «Grazie alla posizione e alla sensibilità di ALMA, potremmo rivelare l’ombra del buco nero e allo stesso tempo vedere più in profondità nell’emissione del getto «, spiega Lu. Le future osservazioni con questa rete di telescopi continueranno a svelare come i buchi neri supermassicci possano lanciare potenti getti. ” Abbiamo in programma di osservare la regione attorno al buco nero al centro di M87 a diverse lunghezze d’onda radio per studiare ulteriormente l’emissione del getto «, afferma Eduardo Ros del Max Planck Institute for Radio Astronomy. Tali osservazioni simultanee permetterebbero al team di districare i complicati processi che avvengono vicino al buco nero supermassiccio. ” I prossimi anni saranno entusiasmanti, poichè potremo saperne di più su ciò che accade vicino a una delle regioni più misteriose dell’Universo «, conclude Ros.