Zoom su un buco nero supermassiccio in azione

Un nuovo tipo di osservazione rivela cosa fa brillare i nuclei delle galassie attive. Utilizzando il Large Binocular Telescope Interferometer, un team di astronomi guidato da scienziati del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) e dell’Università dell’Arizona (UofA) ha districato, le fonti di radiazione infrarossa vicino al buco nero supermassiccio al centro della galassia NGC 1068. Hanno scoperto che il vento polveroso circostante è riscaldato dal disco di accrescimento centrale caldo e dagli urti generati da un getto di gas collimato. Questi risultati e altre caratteristiche supportano il modello unificato dei nuclei galattici attivi, che spiega il loro aspetto variabile.

I nuclei galattici attivi (AGN) sono buchi neri supermassicci al centro di alcune galassie.

Quando questi buchi neri attirano la materia, si forma un disco di gas caldo che ruota rapidamente, rilasciando enormi quantità di energia prima di immergersi nel buco nero.

Tali AGN appartengono ai fenomeni più energetici osservati nello spazio.

Di conseguenza, influenzano anche i processi che si verificano nelle loro galassie ospiti. I dettagli sono un campo di ricerca in corso.

Un team composto da Jacob Isbell, ex studente dell’MPIA, ora postdoc presso lo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona, ha puntato il Large Binocular Telescope (LBT) verso la galassia NGC 1068, nota anche come Messier 77, per studiare i minimi dettagli al suo centro alle lunghezze d’onda dell’infrarosso termico.

Questa galassia è una delle più vicine con un AGN.

Le osservazioni avevano la risoluzione spaziale appropriata per concentrarsi sui componenti che emettono questo tipo di radiazione. I risultati sono ora pubblicati su Nature Astronomy.

Il disco luminoso e caldo che circonda il buco nero supermassiccio emette un’enorme quantità di luce che separa la polvere come se i singoli granelli fossero minuscole vele, un fenomeno noto come pressione di radiazione.

Le immagini hanno rivelato la polvere incandescente, un vento caldo e defluente causato da quel meccanismo, che è stato riscaldato dal disco centrale caldo.

Allo stesso tempo, più lontano, molto materiale è molto più luminoso di quanto avrebbe dovuto essere se fosse stato illuminato solo dal disco di accrescimento luminoso.

Confrontando le nuove immagini con osservazioni passate a varie lunghezze d’onda, i ricercatori hanno collegato questa scoperta a un getto collimato di gas caldo emanato dal centro del disco.

Mentre attraversa la galassia, colpisce e riscalda nuvole di gas molecolare e polvere, provocando l’inaspettato segnale infrarosso luminoso.

Tali getti sono particolarmente luminosi alle lunghezze d’onda radio quando interagiscono con gas e particelle nell’ambiente intorno ai buchi neri supermassicci.

Nel complesso, il risultato conferma il cosiddetto modello unificato di AGN.

Promuove la configurazione di un buco nero supermassiccio al centro di una galassia, che attrae e raccoglie gas e polvere dalla galassia ospite circostante, accumulandosi in un disco interno luminoso e caldo.

Inoltre, una struttura esterna più grande di materiale più freddo e defluente ostruisce la visuale. Infine, un potente getto di gas viene espulso dal centro.

Diversi componenti sono esposti all’osservatore, a seconda dell’angolo di visione.

Sebbene le caratteristiche osservate varino significativamente tra gli oggetti, il modello unificato propone che tali variazioni derivino da configurazioni intrinsecamente simili di strutture attorno al buco nero supermassiccio, che alimentano il fenomeno AGN.

L’LBT si trova sul Monte Graham, a nord-est di Tucson, negli Stati Uniti, e gestisce i suoi due specchi da 8,4 metri indipendentemente l’uno dall’altro, funzionando essenzialmente come due telescopi separati montati fianco a fianco e allineati in parallelo. 

MPIA è membro della LBT Corporation tramite la holding LBT-Beteiligungsgesellschaft, che fornisce il 25% di tutti i finanziamenti operativi.

Combinando la luce di entrambi gli specchi, l’LBT diventa un interferometro per immagini (LBTI), consentendo osservazioni con una risoluzione circa tre volte superiore a quella che sarebbe possibile con ogni specchio da solo.

Per stabilizzare questa macchina di imaging ad alta risoluzione, LBTI utilizza regolarmente il sistema di controllo delle vibrazioni OVMS+ sviluppato sotto la guida di MPIA da Jörg-Uwe Pott di MPIA per consentire queste osservazioni impegnative di galassie lontane.

Questa tecnica di imaging è stata impiegata con successo per studiare i vulcani sulla superficie della luna di Giove, Io. I risultati di Giove hanno incoraggiato i ricercatori a utilizzare l’interferometro per osservare un AGN.

“L’AGN all’interno della galassia NGC 1068 è particolarmente luminoso, quindi è stata l’occasione perfetta per testare questo metodo”, ha detto Isbell.

“Queste sono le immagini dirette a più alta risoluzione di un AGN scattate finora”.

In questo contesto, le immagini dirette contengono tutte le radiazioni deboli e diffuse provenienti dalle strutture osservate.

Al contrario, le immagini di altri interferometri, come il Very Large Telescope Interferometer (VLTI), sono ricostruite da calcoli che interpolano le informazioni di imaging mancanti.

La combinazione di entrambi gli specchi produce immagini direttamente sul rivelatore, in modo molto simile ai telescopi con specchi segmentati, come il James Webb Space Telescope, così come il futuro Giant Magellan Telescope (GMT) da 25 metri e l’imminente Extremely Large Telescope (ELT) da 39 metri, entrambi in costruzione in Cile.

In questo modo, Isbell e i suoi collaboratori hanno prodotto le prime immagini di un AGN simili a quelle dell’ELT.

Di conseguenza, le osservazioni LBTI hanno risolto caratteristiche individuali fino a 20 anni luce a una distanza di 47 milioni di anni luce.

In precedenza, i vari processi erano mescolati a causa della bassa risoluzione, ma ora è possibile visualizzarne l’impatto individuale.

Lo studio mostra che gli ambienti degli AGN possono essere complessi.

Le nuove scoperte ci aiutano a capire i modi intricati in cui gli AGN interagiscono con le loro galassie ospiti.

Sondando galassie lontane nell’universo primordiale, quando le galassie erano ancora giovani, non possiamo raggiungere lo stesso livello di dettaglio. Pertanto, questi risultati sono come un analogo locale.

“Questo tipo di imaging può essere utilizzato su qualsiasi oggetto astronomico”, ha detto Isbell. “Abbiamo già iniziato a osservare i dischi attorno alle stelle e alle stelle molto grandi ed evolute, che hanno involucri polverosi intorno a loro”.

 

Immagine:  ESO / J. Isbell (UofA, MPIA) / MPIA