Un Buco Nero Gigante Annidato nelle Polveri

22 Feb 2022 Un Buco Nero Gigante Annidato nelle Polveri

Grazie al Very Large Telescope Interferometer dell’ESO, un team di astronomi ha osservato in dettaglio le dense nubi di gas e polveri che nascondono un vorace buco nero supermassiccio nel cuore della galassia Messier 77. I risultati confermano le previsioni degli scienziati sui meccanismi all’opera nei nuclei galattici attivi.

I centri delle grandi galassie ospitano buchi neri supermassicci con masse da milioni a miliardi di volte quella solare. L’ambiente immediatamente circostante a questi mostri cosmici include tipicamente una spessa ciambella di gas e polveri, chiamata toro. Nel caso in cui il materiale precipiti verso l’orizzonte degli eventi del buco nero, il gas nel toro irradia fortemente a tutte le lunghezze d’onda. Sebbene i modelli teorici relativi a questi nuclei galattici attivi (AGN) funzionino piuttosto bene, è difficile ottenere evidenza diretta delle strutture interne di un AGN per la loro distanza e per le dimensioni relativamente piccole, comprese tra decine e centinaia di anni luce. Ora un team di astronomi guidato da Violeta Gámez Rosas della Leiden University nei Paesi Bassi ha osservato in dettaglio un nucleo galattico attivo, portando gli astronomi più vicini alla comprensione dei processi in atto in quelle regioni estreme. I risultati sono pubblicati su Nature.

Grazie a osservazioni straordinariamente dettagliate del centro della galassia attiva Messier 77, i ricercatori hanno individuato uno spesso anello di polvere cosmica e gas che nasconde al suo interno un buco nero supermassiccio. Messier 77 (nota anche come NGC 1068) è una delle galassie attive più vicine a noi e appartiene a una classe di oggetti tra i più energetici e luminosi dell’Universo. Viene classificata come Galassia di Seifert di Tipo II, ed è caratterizzata dal fatto di essere particolarmente luminosa negli infrarossi. Gli astronomi conoscono vari tipi di AGN: alcuni sono brillanti in luce visibile, mentre altri risultano oscurati. A dispetto delle varie differenze, tutti i nuclei galattici attivi devono la loro straordinaria luminosità in varie lunghezze d’onda alla presenza di un buco nero supermassiccio che divora voracemente materiale circostante. Le scoperte del team confermano le teorie del cosiddetto Modello Unificato degli AGN.

Secondo questo modello, ogni differenza nelle caratteristiche apparenti dei vari nuclei galattici attivi deriva dall’orientamento dal quale osserviamo il buco nero e la densa coltre di gas e polveri che lo circonda. In altre parole, la tipologia di AGN dipende dal nostro punto di vista: in alcuni casi il toro di polveri dense attorno al buco nero oscura totalmente la luminosità emessa dal centro galattico, se osservato dalla prospettiva terrestre. La rilevazione di polvere calda al centro di Messier 77 supporta la validità di questo modello. Tuttavia, rimangono alcuni dubbi sul modo in cui le nubi di polveri possano nascondere completamente il buco nero e sul perché questo nucleo galattico attivo sia meno brillante in luce visibile rispetto ad altre lunghezze d’onda.

In questa immagine a sinistra la galassia attiva Messier 77 ripresa dal Very Large Telescope, a destra una visione ravvicinata nell’infrarosso della regione più interna della galassia, il nucleo galattico attivo al suo centro Credit: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

“La reale natura delle nubi di polveri e il loro ruolo nel nutrire il buco nero e nel determinare il suo aspetto osservato dalla Terra è sempre stata una questione centrale nello studio degli AGN durante gli ultimi tre decenni”, afferma Gámez Rosas. “Anche se un singolo risultato non risolve tutte le questioni in ballo, abbiamo fatto un passo avanti nella comprensione dei meccanismi degli AGN”. Le osservazioni sono state realizzate in luce infrarossa grazie allo strumento Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE), montato sul Very Large Telescope (VLT) dell’ESO in Cile. Il team ha utilizzato MATISSE per scansionare il centro di Messier 77, situata a 47 milioni di anni luce da noi nella Costellazione della Balena.

“MATISSE può osservare un’ampia gamma di lunghezze d’onda infrarosse, che possono penetrare attraverso le polveri e misurare accuratamente le temperature. Dal momento che il VLTI è in effetti un interferometro molto grande, abbiamo a disposizione la risoluzione necessaria per verificare cosa avviene perfino in galassie distanti come Messier 77. Le immagini che abbiamo ottenuto rivelano in dettaglio le variazioni nella temperatura e nell’assorbimento delle nubi di polvere attorno al buco nero”, spiega Walter Jaffe della Leiden University. I ricercatori hanno utilizzato dati in banda radio dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array e del Very Long Baseline Array per approfondire le loro osservazioni.

Combinando le variazioni di temperatura provocate dall’intensa radiazione attorno al buco nero con mappe di assorbimento, il team ha ricostruito un quadro dettagliato della polvere presente e ha localizzato la posizione del buco nero nascosto. La disposizione della polvere, situata in un anello interno spesso e in un disco più esteso, con il buco nero al centro, supporta le ipotesi del Modello Unificato. “I nostri risultati portano a una migliore comprensione dei processi all’opera all’interno degli AGN”, conclude Gámez Rosas. “Lo studio potrebbe anche aiutarci a ricostruire la storia della Via Lattea, al cui centro si annida un buco nero supermassiccio, che potrebbe essere stato molto attivo in passato”.

Nell’immagine la galassia Messier 77
Credit: ESO

https://www.eso.org/public/news/eso2203/

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