Qualcosa è in agguato nel cuore del Quasar 3C 279


Illustrazione della struttura a getto 3C 279 a lunghezza d’onda multipla nell’aprile 2017. Le epoche, le matrici e le lunghezze d’onda osservate sono annotate in ogni pannello.

Un anno fa, la Collaborazione Event Horizon Telescope (EHT) ha pubblicato la prima immagine di un buco nero nella vicina galassia radio M 87. Ora la collaborazione ha estratto nuove informazioni dai dati EHT sul lontano quasar 3C 279: hanno osservato il più piccolo dettaglio mai visto in un getto prodotto da un buco nero supermassiccio. Nuove analisi, condotte da Jae-Young Kim del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn, hanno permesso alla collaborazione di risalire al punto di lancio del jet, vicino al punto di origine delle radiazioni violentemente variabili provenienti da tutto lo spettro elettromagnetico.

I risultati sono pubblicati in Astronomy & Astrophysics.

La collaborazione con l’EHT continua a estrarre informazioni dai dati rivoluzionari raccolti nella sua campagna globale dell’aprile 2017. Uno degli obiettivi delle osservazioni era una galassia a 5 miliardi di anni luce di distanza nella costellazione della Vergine che gli scienziati classificano come quasar perché una fonte di energia ultra-luminosa al suo centro brilla e sfarfalla quando il gas cade in un gigantesco buco nero. L’obiettivo, 3C 279, contiene un buco nero circa un miliardo di volte più massiccio del nostro Sole. Dal buco nero e dal suo sistema di dischi eruttano due getti gemelli di plasma a velocità prossime a quelle della luce: una conseguenza delle enormi forze scatenate dalla materia che scende nell’immensa gravità del buco nero.

Per catturare la nuova immagine, l’EHT utilizza una tecnica chiamata interferometria di base molto lunga (VLBI), che sincronizza e collega le parabole radio in tutto il mondo. Combinando questa rete per formare un unico enorme telescopio virtuale delle dimensioni della Terra, l’EHT è in grado di risolvere oggetti piccoli come 20 micro-secondi d’arco nel cielo – l’equivalente di qualcuno sulla Terra che identifica un’arancia sulla Luna. I dati registrati in tutti i siti EHT del mondo vengono trasportati in speciali supercomputer presso MPIfR e presso l’Osservatorio di Haystack del MIT, dove vengono combinati. I dati combinati vengono poi attentamente calibrati e analizzati da un team di esperti, il che consente agli scienziati dell’EHT di produrre immagini con i massimi dettagli possibili dalla superficie della Terra.

La figura di apertura nell’orientamento verticale

Per 3C 279, l’EHT può misurare caratteristiche più fini di un anno luce, consentendo agli astronomi di seguire il getto fino al disco di accrescimento e di vedere il getto e il disco in azione. I dati appena analizzati mostrano che il getto apparentemente dritto ha una forma inaspettatamente contorta alla sua base e, rivelando caratteristiche perpendicolari al getto che potrebbero essere interpretate come i poli del disco di accrescimento dove i getti vengono espulsi. I dettagli fini delle immagini cambiano nel corso di giorni consecutivi, forse a causa della rotazione del disco di accrescimento, e della triturazione e dell’afflosciamento del materiale, fenomeni attesi dalle simulazioni numeriche ma mai osservati prima.

Jae-Young Kim, ricercatrice di MPIfR e autrice principale dell’articolo, è entusiasta e allo stesso tempo perplessa:

“Sapevamo che ogni volta che si apre una nuova finestra sull’Universo si può trovare qualcosa di nuovo. Qui, dove ci aspettavamo di trovare la regione in cui il getto si forma andando verso l’immagine più nitida possibile, troviamo una sorta di struttura perpendicolare. È come trovare una forma molto diversa aprendo la più piccola bambola matrioska”.

Avery Broderick, un astrofisico che lavora all’Istituto Perimetro, spiega: “Per 3C 279, la combinazione della risoluzione trasformativa dell’EHT e i nuovi strumenti di calcolo per interpretare i suoi dati si sono rivelati rivelatori. Quello che era un unico “nucleo” radio è ora risolto in due complessi indipendenti. E si muovono — anche su scale di dimensioni ridotte come i mesi luce, il getto in 3C 279 sta accelerando verso di noi a più del 99,5% della velocità della luce!”.

Il jet del quasar 3C 279 e il suo moto nel corso di una settimana come osservato dall’EHT nell’aprile 2017.

A causa di questo rapido movimento, il getto in 3C 279 sembra muoversi a circa 20 volte la velocità della luce.

“Questa straordinaria illusione ottica nasce perché il materiale corre verso di noi, inseguendo la stessa luce che emette e facendolo sembrare più veloce di quanto non sia”, chiarisce Dom Pesce, un postdoctoral fellow del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA). La geometria inaspettata suggerisce la presenza di urti o instabilità di viaggio in un getto piegato e rotante, che potrebbe anche spiegare l’emissione ad alte energie come i raggi gamma.

Anton Zensus, Direttore del MPIfR e Presidente del Consiglio di Collaborazione dell’EHT, sottolinea il risultato come uno sforzo globale: “L’anno scorso abbiamo potuto presentare la prima immagine dell’ombra di un buco nero. Ora vediamo cambiamenti inaspettati nella forma del getto in 3C 279, e non abbiamo ancora finito”. Come abbiamo detto l’anno scorso: questo è solo l’inizio“.

“L’array EHT è in continuo miglioramento”, spiega Shep Doeleman del CfA, Direttore Fondatore dell’EHT. “Questi nuovi risultati del quasar dimostrano che le capacità uniche dell’EHT possono affrontare un’ampia gamma di questioni scientifiche, che cresceranno solo se continueremo ad aggiungere nuovi telescopi alla matrice. Il nostro team sta ora lavorando su una matrice EHT di nuova generazione che metterà a fuoco i buchi neri e ci permetterà di realizzare i primi film sui buchi neri”.

Le opportunità di condurre campagne di osservazione EHT si verificano una volta all’anno all’inizio della primavera del Nord, ma la campagna di marzo/aprile 2020 ha dovuto essere annullata in risposta all’epidemia globale CoViD-19. Nell’annunciare l’annullamento Michael Hecht, astronomo dell’Osservatorio MIT/Haystack e Vice Direttore del Progetto EHT, ha concluso che:

“Ora dedicheremo tutta la nostra concentrazione al completamento delle pubblicazioni scientifiche a partire dai dati del 2017 e ci immergeremo nell’analisi dei dati ottenuti con la matrice EHT potenziata nel 2018. Siamo in attesa di osservazioni con l’array EHT ampliato a undici osservatori nella primavera del 2021”.

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