Alla Scoperta del Motore di un Blazar

31 Gen 2022 Alla Scoperta del Motore di un Blazar

Nel cuore della galassia attiva OJ 287, a circa 4 miliardi di anni luce da noi, si annidano due buchi neri supermassicci, uno dei quali fra i più grandi mai scoperti, un vorace mostro con massa oltre 18 miliardi di volte quella del Sole. L’altro buco nero orbita attorno al primo, passando attraverso il disco di accrescimento del buco nero più grande e generando in questo modo brillanti lampi di radiazione, più luminosi di un miliardo di miliardi di stelle. Nel caso del nucleo della galassia OJ 287, appartenente alla categoria dei blazar, il getto relativistico è allineato con la nostra linea di vista. Un team di astronomi ha analizzato in straordinario dettaglio il getto relativistico espulso dal disco di accrescimento del buco nero gigante in banda radio, rivelando nuovi indizi sui potenti campi magnetici coinvolti.

Un team internazionale che include ricercatori del Max Planck Institute for Radio Astronomy a Bonn ha mappato la galassia attiva OJ 287 con un risoluzione angolare di 12 micro-secondi d’arco in banda radio, basandosi su dati d’archivio. Questo eccezionale livello di risoluzione è stato reso possibile dalla tecnica di interferometria a base molto lunga (Vlbi), che ha permesso agli scienziati di studiare su scala fine la morfologia del getto relativistico nella galassia, vicino alla sua origine. La tecnica ha permesso di combinare i segnali di 12 radiotelescopi, ottenendo un unico telescopio virtuale del diametro di 193.000 chilometri.

Nell’immagine il getto curvo della galassia OJ 287 ripreso in immagini radio a tre differenti lunghezze d’onda e risoluzioni. © Eduardo Ros / MPIfR (Collage), Gómez et al., The Astrophysical Journal, 2022 (Bilder)

La galassia OJ 287 si trova a circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra in direzione della Costellazione del Cancro e appartiene alla classe elitaria dei blazar. I blazar fanno parte dei nuclei galattici attivi (AGN, Active Galactic Nuclei), alimentati da buchi neri supermassicci nel cuore delle galassie. Questi buchi neri attivi sono circondati da un disco di gas e polveri che li nutre e che può produrre potenti emissioni a varie lunghezze d’onda. Simili oggetti possono servire come laboratori naturali per studiare fenomeni estremi, come il comportamento e la fisica dei buchi neri e dei loro getti.

Gli astronomi ritengono che le emissioni ad alta energia dei blazar siano dovute a materia riscaldata e fatta a pezzi quando precipita da un disco di accrescimento verso un vorace buco nero supermassiccio. Una piccola parte di questo materiale viene re-indirizzato in getti di particelle in viaggio verso l’esterno lungo opposte direzioni, quasi alla velocità della luce. In particolare, nel caso dei blazar il getto relativistico è allineato con la linea di vista dell’osservatore. Ma la galassia OJ 287 ha un’altra particolarità: sembra che nel suo centro ospiti due buchi neri supermassicci, uno fra i più grandi mai scoperti, oltre 18 miliardi di volte la massa del Sole, mentre l’altro in orbita attorno al primo, con una massa pari a 150 milioni di masse solari.

Le immagini a quattro diverse lunghezze d’onda mostrano vari addensamenti di emissione nel getto incurvato che fuoriesce dal centro galattico. La curvatura del getto aumenta con l’aumentare della risoluzione angolare e nella direzione dell’origine del getto. Questi aspetti favoriscono l’ipotesi di un getto che subisce una precessione, essendo influenzato dai due buchi neri nel cuore della galassia. L’analisi della polarizzazione della radiazione radio suggerisce inoltre un campo magnetico principalmente toroidale, a forma di ciambella. Secondo i ricercatori la regione più interna che emette in banda radio è attraversata da un campo magnetico elicoidale.

Le proprietà spettrali della radiazione suggeriscono che il getto di plasma sia formato da elettroni e positroni la cui energia cinetica è approssimativamente in equilibrio con l’energia del campo magnetico. Ripetuti ingressi nel getto di particelle più energetiche disturbano questo equilibrio e fanno sì che alcune parti del getto divengano più brillanti, accendendosi come fari luminosi. La galassia OJ 287 è particolarmente interessante per lo studio di due buchi neri giganti in orbita uno attorno all’altro. Probabilmente il secondo buco nero percorre un’orbita altamente ellittica e passa attraverso il disco di accrescimento del buco nero più grande, due volte ogni 12 anni. Questo processo produce brillanti lampi di radiazione, più luminosi di un miliardo di miliardi di stelle. I due buchi neri in OJ 287 sono così vicini da poter emettere potenti onde gravitazionali, che potrebbero essere rilevabili in un prossimo futuro. I due buchi neri, infatti, sono probabilmente destinati ad avvicinarsi l’uno all’altro, per poi fondersi.

“La struttura della regione interna del getto, osservata in dettaglio è adatta per testare la validità del modello dei buchi neri binari”, afferma Thomas Krichbaum, tra gli autori dello studio. Gli scienziati intendono inoltre verificare se la curvatura osservata nel getto possa essere provocata da altri effetti, come campi magnetici a spirale o rotazione dello spaziotempo vicino ai buchi neri. “I risultati ci hanno aiutato ad estendere la nostra comprensione della morfologia dei getti relativistici nei pressi del motore centrale, confermando il ruolo dei campi magnetici alla base dei getti, e di identificare e indagare ulteriormente sulle caratteristiche necessarie per l’esistenza di un buco nero binario nel cuore di OJ 287”, concludono i ricercatori.

Nell’immagine rappresentazione artistica dei due buchi neri nel cuore della galassia OJ 287
CREDIT NASA/JPL-Caltech

https://phys.org/news/2022-01-highest-resolution-view-heart-blazar.html

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