MAXI J1820+070: L’eruzione del buco nero catturata in un video


Gli astronomi hanno catturato il video di un buco nero che lanciava materiale caldo nello spazio a una velocità prossima a quella della luce. Questa fiammata è stata ripresa dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.


Il buco nero e la sua stella compagna costituiscono un sistema chiamato MAXI J1820+070, situato nella nostra Galassia a circa 10.000 anni luce dalla Terra. Il buco nero MAXI J1820+070 ha una massa circa otto volte superiore a quella del Sole, identificandolo come un cosiddetto buco nero di massa stellare, formatosi dalla distruzione di una stella massiccia. (Questo è in contrasto con i buchi neri supermassicci che contengono milioni o miliardi di volte la massa del Sole).

La stella compagna che orbita attorno al buco nero ha circa la metà della massa del Sole. La forte gravità del buco nero assorbe il materiale dalla stella compagna in un disco che emette raggi X che circonda il buco nero.

Mentre una parte del gas caldo nel disco attraverserà l'”orizzonte degli eventi” (il punto di non ritorno) e cadrà nel buco nero, una parte di esso viene invece soffiata via dal buco nero in un paio di brevi getti di materiale. Questi getti sono puntati in direzioni opposte, lanciati dall’esterno dell’orizzonte degli eventi lungo le linee del campo magnetico. Il nuovo filmato del comportamento di questo buco nero si basa su quattro osservazioni ottenute con Chandra nel novembre 2018 e nel febbraio, maggio e giugno 2019, e riportate in un articolo condotto da Mathilde Espinasse dell’Université de Paris.

Il pannello principale del grafico è una grande immagine ottica e all’infrarosso della Via Lattea dal telescopio ottico PanSTARRS alle Hawaii, con la posizione del MAXI J1820+070 sopra il piano della galassia segnato da una croce. L’inserto mostra un filmato che attraversa le quattro osservazioni di Chandra, dove il “giorno 0” corrisponde alla prima osservazione del 13 novembre 2018, circa quattro mesi dopo il lancio del getto. MAXI J1820+070 è la luminosa sorgente di raggi X al centro dell’immagine e le sorgenti di raggi X possono essere viste allontanandosi dal buco nero dei jet a nord e a sud. MAXI J1820+070 è una sorgente puntiforme di raggi X, anche se sembra essere più grande di una sorgente puntiforme perché è molto più luminosa delle sorgenti a getto. Il getto meridionale è troppo debole per essere rilevato nelle osservazioni di maggio e giugno 2019.

A che velocità i getti di materiale si allontanano dal buco nero?

Dal punto di vista della Terra, sembra che il getto nord si stia muovendo al 60% della velocità della luce, mentre quello sud viaggia a una velocità impossibile: il 160% della velocità della luce!

Questo è un esempio di moto superluminale, un fenomeno che si verifica quando qualcosa viaggia verso di noi vicino alla velocità della luce, lungo una direzione vicina alla nostra linea di vista. Ciò significa che l’oggetto viaggia verso di noi quasi alla stessa velocità della luce che genera, dando l’illusione che il moto del getto sia più rapido della velocità della luce. Nel caso del MAXI J1820+070, il getto a sud è puntato verso di noi e quello a nord si allontana da noi, quindi il getto a sud sembra muoversi più velocemente di quello a nord. La velocità effettiva delle particelle in entrambi i getti è comunque superiore all’80% della velocità della luce.

Questa illustrazione mostra un buco nero che allontana il materiale da una stella che orbita attorno ad una stella. Una parte del gas caldo nel disco attraverserà l'”orizzonte degli eventi” (il punto di non ritorno) e cadrà nel buco nero, una parte di esso viene invece soffiata via dal buco nero in un paio di corti fasci di materiale, o getti. Questi getti sono puntati in direzioni opposte, lanciati dall’esterno dell’orizzonte degli eventi lungo le linee del campo magnetico.

Solo altri due esempi di tali espulsioni ad alta velocità sono stati visti nei raggi X da buchi neri di massa stellare.

Il MAXI J1820+070 è stato osservato anche a lunghezze d’onda radio da un team guidato da Joe Bright dell’Università di Oxford, che in precedenza aveva segnalato il rilevamento del movimento superluminale di sorgenti compatte sulla base dei soli dati radio che si estendeva dal lancio dei jet il 7 luglio 2018 alla fine del 2018.

Immagine ottica e all’infrarosso ingrandita della posizione di MAXI J1820+070. MAXI J1820 è un sistema con un buco nero e una stella compagna a circa 10.000 anni luce dalla Terra.

Poiché le osservazioni di Chandra hanno all’incirca raddoppiato la durata dei jet, un’analisi combinata dei dati radio e dei nuovi dati Chandra da parte di Espinasse e del suo team ha fornito maggiori informazioni sui jet. Ciò includeva la prova che i jet stanno decelerando mentre si allontanano dal buco nero.

La maggior parte dell’energia nei getti non viene convertita in radiazioni, ma viene invece rilasciata quando le particelle nei getti interagiscono con il materiale circostante. Queste interazioni potrebbero essere la causa della decelerazione dei getti. Quando i getti si scontrano con il materiale circostante nello spazio interstellare, si verificano onde d’urto – simili ai boom sonici causati da velivoli supersonici. Questo processo genera energie di particelle superiori a quelle del Large Hadron Collider.

I ricercatori stimano che circa 180 milioni di miliardi di chilogrammi di materiale siano stati spazzati via dal buco nero di questi due jet lanciati nel luglio 2018. Questa quantità di massa è paragonabile a quella che potrebbe essere accumulata sul disco intorno al buco nero nel giro di poche ore, ed equivale a circa un migliaio di comete di Halley o a circa 500 milioni di volte la massa dell’Empire State Building.

Gli studi sul MAXI J1820+070 e sistemi simili promettono di insegnarci di più sui getti prodotti dai buchi neri di massa stellare e su come essi rilasciano la loro energia una volta che i loro getti interagiscono con l’ambiente circostante.

Le osservazioni radio condotte con il Very Large Array di Karl G. Jansky e l’array MeerKAT sono state utilizzate anche per studiare i jet MAXI J1820+070.

Un articolo che descrive questi risultati è pubblicato nell’ultima edizione di The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile qui.

Fonte