Webb offre uno sguardo senza precedenti nel cuore della galassia del Compasso

La Galassia del Compasso, a circa 13 milioni di anni luce di distanza, contiene un buco nero supermassiccio attivo che continua a influenzarne l’evoluzione. La maggiore fonte di luce infrarossa proveniente dalla regione più vicina al buco nero stesso si pensava fossero flussi di uscita, ovvero flussi di materia surriscaldata che si sparano verso l’esterno. Ora, nuove osservazioni del James Webb Space Telescope della NASA, qui viste con una nuova immagine del Hubble Space Telescope della NASA, forniscono prove che invertono questo pensiero, suggerendo che la maggior parte del materiale caldo e polveroso alimenti in realtà il buco nero centrale.

 

 

 

La Galassia del Compasso, a circa 13 milioni di anni luce di distanza, contiene un buco nero supermassiccio attivo che continua a influenzarne l’evoluzione.

La maggiore fonte di luce infrarossa proveniente dalla regione più vicina al buco nero stesso si pensava fossero flussi di uscita, ovvero flussi di materia surriscaldata che si sparano verso l’esterno.

Ora, nuove osservazioni del James Webb Space Telescope della NASA, qui viste con una nuova immagine del Hubble Space Telescope della NASA, forniscono prove che invertono questo pensiero, suggerendo che la maggior parte del materiale caldo e polveroso alimenti in realtà il buco nero centrale.

La tecnica utilizzata per raccogliere questi dati ha anche il potenziale di analizzare le componenti di uscita e accrescimento di altri buchi neri vicini.

La ricerca, che include l’immagine più nitida dell’ambiente circostante di un buco nero mai scattata da Webb, è stata pubblicata martedì su Nature.

I buchi neri supermassicci, come quelli del Compasso, rimangono attivi consumando la materia circostante.

Il gas e la polvere in caduta si accumulano in un anello a forma di ciambella attorno al buco nero, noto come toro.

Quando i buchi neri supermassicci raccolgono materia dalle pareti interne del toro, formano un disco di accrezione, simile a un vortice d’acqua che vortica attorno a uno scarico.

Questo disco si riscalda per attrito, diventando infine abbastanza caldo da emettere luce.

Questa materia incandescente può diventare così luminosa che è difficile risolvere i dettagli all’interno del centro della galassia con telescopi terrestri.

È reso ancora più difficile dalla luce stellare brillante e nascosta all’interno di Circino. Inoltre, poiché il toro è incredibilmente denso, la regione interna del materiale in caduta, riscaldata dal buco nero, è oscurata dal nostro punto di vista.

Per decenni, gli astronomi hanno affrontato queste difficoltà, progettando e migliorando modelli di Circinus con quanti più dati riuscivano a raccogliere.

“Per studiare il buco nero supermassiccio, nonostante non fossero in grado di risolverlo, dovevano ottenere l’intensità totale della regione interna della galassia su un ampio intervallo di lunghezze d’onda e poi inserire quei dati nei modelli”, ha detto l’autore principale Enrique Lopez-Rodriguez dell’Università della Carolina del Sud.

I primi modelli adattavano gli spettri di regioni specifiche, come le emissioni dal toro, quelle del disco di accrescimento più vicino al buco nero o quelle dei flussi in uscita, ciascuno rilevato a determinate lunghezze d’onda della luce.

Tuttavia, poiché la regione non poteva essere risolta interamente, questi modelli lasciarono domande su diverse lunghezze d’onda.

Ad esempio, alcuni telescopi potevano rilevare un eccesso di luce infrarossa, ma mancavano della risoluzione per determinare esattamente da dove provenisse.

“Dagli anni ’90, non è stato possibile spiegare le emissioni infrarosse eccessive provenienti dalla polvere calda nei nuclei delle galassie attive, il che significa che i modelli tengono conto solo del toro o dei flussi in uscita, ma non possono spiegare quell’eccesso,” ha detto Lopez-Rodriguez.

Tali modelli hanno rilevato che la maggior parte delle emissioni (e quindi della massa) vicino al centro proveniva da flussi in uscita.

Per testare questa teoria, quindi, gli astronomi avevano bisogno di due cose: la capacità di filtrare la luce stellare che prima impediva un’analisi più approfondita, e la capacità di distinguere le emissioni infrarosse del toro da quelle degli afflussi in uscita.

Webb, sensibile e tecnologicamente sofisticato abbastanza da affrontare entrambe le sfide, era necessario per far progredire la nostra comprensione.

Per esaminare il centro della galassia, Webb aveva bisogno dello strumento Aperture Masking Interferometer sul suo strumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slinkless Spectrograph).

Sulla Terra, gli interferometri di solito assumono la forma di array di telescopi: specchi o antenne che lavorano insieme come se fossero un unico telescopio.

Un interferometro fa questo raccogliendo e combinando la luce proveniente dalla sorgente verso cui è puntato, causando che le onde elettromagnetiche che compongono la luce “interferiscano” tra loro (da qui il termine “interfere-ometer”) e creando schemi di interferenza.

Questi modelli possono essere analizzati dagli astronomi per ricostruire dimensioni, forme e caratteristiche di oggetti distanti con molti più dettagli rispetto alle tecniche non interferometriche.

L’Interferometro di Mascheramento ad Apertura permette a Webb di diventare un array di telescopi più piccoli che lavorano insieme come interferometri, creando questi pattern di interferenza da solo.

Lo fa utilizzando un’apertura speciale composta da sette piccoli fori esagonali che, come nella fotografia, controlla la quantità e la direzione della luce che entra nei rivelatori del telescopio.

“Questi fori nella maschera si trasformano in piccoli raccoglitori di luce che guidano la luce verso il rivelatore della telecamera e creano un pattern di interferenza”, ha detto Joel Sanchez-Bermudez, coautore con sede presso la National University of Mexico.

Con nuovi dati disponibili, il team di ricerca è riuscito a costruire un’immagine a partire dai modelli di interferenza della regione centrale.

Per farlo, hanno fatto riferimento ai dati delle osservazioni precedenti per assicurarsi che i dati di Webb fossero privi di qualsiasi artefatto.

Questo ha portato alla prima osservazione extragalattica da un interferometro a infrarossi nello spazio.

“Utilizzando una modalità avanzata di imaging della fotocamera, possiamo effettivamente raddoppiarne la risoluzione su un’area più piccola del cielo”, ha detto Sanchez-Bermudez.

“Questo ci permette di vedere immagini due volte più nitide. Invece del diametro di 6,5 metri di Webb, è come se stessimo osservando questa regione con un telescopio spaziale da 13 metri.”

I dati hanno mostrato che, contrariamente ai modelli che prevedevano che l’eccesso di infrarossi provenga dalle uscite, circa l’87% delle emissioni infrarosse dalla polvere calda nel Compasso proviene dalle aree più vicine al buco nero, mentre meno dell’1% delle emissioni proviene da deflussi caldi e polverosi.

Il restante 12% proviene da distanze più lontane che prima non potevano essere distinguite.

“È la prima volta che una modalità ad alto contrasto di Webb viene utilizzata per osservare una sorgente extragalattica”, ha detto Julien Girard, coautore dell’articolo e ricercatore senior presso lo Space Telescope Science Institute.

“Speriamo che il nostro lavoro ispiri altri astronomi a utilizzare la modalità Interferometro di Mascheramento dell’Apertura per studiare strutture deboli ma relativamente piccole e polverose nelle vicinanze di qualsiasi oggetto luminoso.”

Sebbene il mistero delle emissioni eccessive sia stato risolto, ci sono miliardi di buchi neri nel nostro universo.

Quelle con luminosità diverse, osserva il team, potrebbero influenzare se la maggior parte delle emissioni proviene dal toro di un buco nero o dai loro flussi di uscita.

“La luminosità intrinseca del disco di accrescimento del Compasso è molto moderata,” ha detto Lopez-Rodriguez.

“Quindi ha senso che le emissioni siano dominate dal toro. Ma forse, per i buchi neri più luminosi, le emissioni sono dominate dal flusso di uscita.”

Con questa ricerca, gli astronomi ora dispongono di una tecnica testata per indagare qualunque buchi neri desiderino, purché siano abbastanza luminosi da rendere utile l’Interferometro di Mascheramento dell’Aperture.

Studiare obiettivi aggiuntivi sarà essenziale per costruire un catalogo di dati sulle emissioni che determini se i risultati di Circinus siano unici o caratteristici di un modello.

“Abbiamo bisogno di un campione statistico di buchi neri, forse una dozzina o due dozzine, per capire come la massa nei loro dischi di accrescimento e nei loro flussi di uscita si relazionano alla loro energia,” ha detto Lopez-Rodriguez.