Webb rivela uno spettacolo di luci dal buco nero centrale della Via Lattea

l buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea sembra stia organizzando una festa, completa di uno spettacolo di luci in stile palla da discoteca.

Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, un team di astrofisici ha ottenuto lo sguardo più lungo e dettagliato del “vuoto” che si nasconde nel mezzo della nostra galassia.

Hanno scoperto che il disco vorticoso di gas e polvere (o disco di accrescimento) in orbita attorno al buco nero supermassiccio centrale, chiamato Sagittarius A*, emette un flusso costante di brillamenti senza periodi di riposo.

Il livello di attività si verifica in un ampio intervallo di tempo, da brevi interludi a lunghi tratti.

Mentre alcuni brillamenti sono deboli sfarfallii, che durano pochi secondi, altri brillamenti sono eruzioni accecanti, ogni giorno. Ci sono anche cambiamenti ancora più deboli che aumentano nel corso dei mesi.

Le nuove scoperte potrebbero aiutare i fisici a comprendere meglio la natura fondamentale dei buchi neri, il modo in cui vengono nutriti dall’ambiente circostante e le dinamiche e l’evoluzione della nostra galassia.

Lo studio è stato pubblicato nel numero del 18 febbraio di The Astrophysical Journal Letters.

“Nei nostri dati, abbiamo visto una luminosità in costante cambiamento e gorgogliante”, ha detto Farhad Yusef-Zadeh della Northwestern University in Illinois, che ha guidato lo studio.

“E poi boom! All’improvviso è spuntata una grande esplosione di luminosità. Poi, si è calmato di nuovo. Non siamo riusciti a trovare uno schema in questa attività. Sembra essere casuale. Il profilo di attività di questo buco nero era nuovo ed eccitante ogni volta che lo guardavamo”.

Fuochi d’artificio casuali

Per condurre lo studio, Yusef-Zadeh e il suo team hanno utilizzato la NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb per osservare Sagittarius A* per un totale di 48 ore con incrementi di 8-10 ore in un anno. Ciò ha permesso loro di monitorare come il buco nero è cambiato nel tempo.

Mentre il team si aspettava di vedere brillamenti, Sagittarius A* era più attivo del previsto.

Le osservazioni hanno rivelato fuochi d’artificio in corso di varie luminosità e durate. Il disco di accrescimento che circonda il buco nero ha generato da cinque a sei grandi brillamenti al giorno e diversi piccoli sub-brillamenti o esplosioni intermedie.

Due processi separati in gioco

Sebbene gli astrofisici non comprendano ancora appieno i processi in gioco, Yusef-Zadeh sospetta che due processi separati siano responsabili delle esplosioni brevi e dei brillamenti più lunghi.

Egli ipotizza che piccoli disturbi all’interno del disco di accrescimento probabilmente generino i deboli sfarfallii. In particolare, le fluttuazioni turbolente all’interno del disco possono comprimere il plasma (un gas caldo e elettricamente carico) per causare un’esplosione temporanea di radiazioni. Yusef-Zadeh paragona questi eventi a brillamenti solari.

“È simile a come il campo magnetico del Sole si raccoglie, si comprime e poi erutta un brillamento solare”, ha spiegato. “Naturalmente, i processi sono più drammatici perché l’ambiente intorno a un buco nero è molto più energetico e molto più estremo. Ma anche la superficie del Sole ribolle di attività”.

Yusef-Zadeh attribuisce i grandi brillamenti luminosi a occasionali eventi di riconnessione magnetica, un processo in cui due campi magnetici si scontrano, rilasciando energia sotto forma di particelle accelerate.

Viaggiando a velocità vicine a quelle della luce, queste particelle emettono raffiche luminose di radiazioni.

“Un evento di riconnessione magnetica è come una scintilla di elettricità statica, che, in un certo senso, è anche una ‘riconnessione elettrica’”, ha detto Yusef-Zadeh.

Doppia “visione”

Poiché il NIRCam di Webb è in grado di osservare due lunghezze d’onda separate contemporaneamente (2,1 e 4,8 micron nel caso di queste osservazioni), Yusef-Zadeh e i suoi collaboratori sono stati in grado di confrontare come la luminosità dei brillamenti cambiava con ciascuna lunghezza d’onda.

Ancora una volta, i ricercatori sono stati accolti con una sorpresa. Hanno scoperto che gli eventi osservati alla lunghezza d’onda più corta hanno cambiato la luminosità leggermente prima degli eventi a lunghezza d’onda più lunga.

“Questa è la prima volta che vediamo un ritardo nelle misurazioni a queste lunghezze d’onda”, ha detto Yusef-Zadeh.

“Abbiamo osservato queste lunghezze d’onda contemporaneamente con NIRCam e abbiamo notato che la lunghezza d’onda più lunga è in ritardo rispetto a quella più corta di una quantità molto piccola, forse da pochi secondi a 40 secondi”.

Questo ritardo temporale ha fornito ulteriori indizi sui processi fisici che si verificano intorno al buco nero. Una spiegazione è che le particelle perdono energia nel corso del brillamento, perdendo energia più velocemente a lunghezze d’onda più corte che a lunghezze d’onda più lunghe.

Tali cambiamenti sono attesi per le particelle che si muovono a spirale attorno alle linee del campo magnetico.

Puntare a un look ininterrotto

Per esplorare ulteriormente queste domande, Yusef-Zadeh e il suo team sperano di utilizzare Webb per osservare Sagittarius A* per un periodo di tempo più lungo, ad esempio 24 ore ininterrotte, per aiutare a ridurre il rumore e consentire ai ricercatori di vedere dettagli ancora più fini.

“Quando si osservano eventi di flaring così deboli, si deve competere con il rumore”, ha detto Yusef-Zadeh.

“Se siamo in grado di osservare per 24 ore, possiamo ridurre il rumore per vedere caratteristiche che prima non eravamo in grado di vedere. Sarebbe fantastico. Possiamo anche vedere se questi brillamenti si ripetono o se sono veramente casuali”.

 

Immagine: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)