18 Giu 2021 I Getti Sorprendenti di una Radiogalassia
Grazie ai dati del radiotelescopio MeerKAT gli astronomi hanno ottenuto questa fantastica ripresa della radiogalassia gigante IC 4296, situata a 160 milioni di anni luce da noi. L’immagine rivela dettagli mai osservati prima dei sorprendenti getti radio generati dal buco nero supermassiccio attivo nel cuore della galassia.
L’intensa emissione di onde radio delle radiogalassie è dovuta alla presenza di un buco nero supermassiccio, tipicamente della massa di molti milioni di soli. Gas e polveri vengono inghiottiti dall’oscuro oggetto, provocando il rilascio di enormi quantità di energia, focalizzata in due getti di particelle, che viaggiano in opposte direzioni a velocità prossime a quella della luce. Man mano che i getti attraversano la galassia generano lobi radio interagendo con il gas presente nel mezzo interstellare. Le radiogalassie sono piuttosto comuni nell’Universo, ma soltanto poche centinaia di esse sfoggiano getti radio che si allungano nello spazio per oltre 2 milioni di anni luce, una ventina di volte la dimensione della Via Lattea. Sistemi così immensi vengono chiamati ‘radiogalassie giganti’.
Ciò che rende eccezionali i getti delle radiogalassie è la loro impressionante stabilità: emergono da una regione di grandezza paragonabile a quella dell’orizzonte degli eventi dei buchi neri supermassicci, per poi propagarsi abbastanza lontano da fuoriuscire dalla galassia ospite, mantenendo per lungo tratto la loro forma. Questo corrisponde a una lunghezza un miliardo di volte il raggio iniziale: immaginiamo una fontana d’acqua che fuoriesce da un’apertura di un centimetro e si innalza indisturbata per 10.000 km! Una volta che i getti si propagano a grandi distanze dalla loro origine, tuttavia, perdono coerenza e sviluppano strutture estese che spesso assomigliano a lobi o pennacchi. Questo indica che i getti subiscono qualche sorta di instabilità, abbastanza potente da far modificare completamente il loro aspetto.
Al centro della gigantesca galassia ellittica IC 4296 si annida un mostruoso buco nero rotante con una massa di un miliardo di soli. L’energia rilasciata dalla materia in caduta nel divoratore cosmico genera due getti radio opposti, contenenti campi magnetici ed elettroni relativistici. Dopo aver viaggiato nello spazio intergalattico alla velocità della luce per 160 milioni di anni, queste onde radio sono state rilevate dal telescopio MeerKAT del South African Radio Astronomy Observatory, in Sudafrica.
I fronti brillanti dei getti inizialmente rettilinei divengono instabili appena al di fuori della galassia, dove alcune particelle sfuggono creando vari deboli “filamenti” radio al di sotto di IC 4296. Tra i getti e i lobi esterni si vedono strutture regolari nastriformi che vanno a riempire i canali scavati nel gas circostante da getti ormai spenti, espulsi in un periodo precedente di attività del buco nero. Questi “nastri” brillanti in banda radio vengono alla fine interrotti dalla presenza del gas intergalattico, a quasi un milione di anni luce dalla galassia centrale, e vanno a formare una sorta di anelli, visibili nel lobo radio a sinistra della ripresa.
“Solo la combinazione unica di sensibilità, risoluzione angolare e range dinamico del telescopio MeerKAT ha permesso di scoprire questi filamenti, nastri e anelli nella galassia”, spiega Jim Condon, a guida dello studio in via di pubblicazione su Astrophysical Journal. Studi recenti hanno approfondito i processi alla base dell’aspetto straordinario di questi incredibili getti radio. Quando il materiale nel getto viene accelerato raggiunge velocità fino al 99,9 percento di quella della luce. Se un oggetto si muove così velocemente, il tempo si dilata: in altre parole, lo scorrere del tempo nel getto misurato da un osservatore esterno rallenta come previsto dalla relatività. A causa di questo ci vuole più tempo perché le varie parti del getto “comunichino” tra di loro, interagendo o influenzandosi, mentre viaggiano lontano dalla sorgente. Questo, in effetti, protegge il getto dalla distruzione. Tuttavia questa perdita di comunicazione non dura per sempre.
Quando il getto viene espulso dal buco nero, si espande lateralmente. Questa espansione fa sì che cali la pressione all’interno del getto, mentre la pressione del gas attorno al getto non diminuisce così tanto. Alla fine la pressione del gas esterno surclassa quella all’interno del getto e fa sì che il flusso si contragga. A questo punto le parti del getto diventano così vicine da poter interagire nuovamente. Se alcune parti del getto sono diventate nel frattempo instabili, possono ora scambiare questa informazione e le instabilità possono diffondersi per influenzare il getto intero. Una volte che l’instabilità si diffonde attraverso il getto, diventa così catastrofica che il getto non sopravvive e dà luogo a un pennacchio turbolento. Ci sono ancora molti segreti da scoprire su questi mostri giganteschi annidati al centro delle galassie. Ma a poco a poco, e grazie a immagini come questa, i ricercatori stanno svelando il loro mistero.
In questa immagine composita della radiogalassia IC 4296, i dati radio di MeerKAT sono mostrati in tonalità rosso/arancio e sovrapposti a una ripresa in luce visibile della SuperCOSMOS Sky Survey
Credit: SARAO, SSS, S. Dagnello and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF)
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