Osservato in alta risoluzione il cuore del buco nero supermassiccio binario OJ 287


Il getto curvo nella galassia attiva OJ 287 da immagini radio prese alla massima risoluzione con RadioAstron (un array globale che include il radiotelescopio spaziale Spektr-R in orbita attorno alla Terra; in alto a sinistra), il Global mm-VLBI Array (che opera alla breve lunghezza d’onda di 3,5 mm; in alto a destra) e il Very Long Baseline Array (un array di dieci antenne attraverso gli USA, dalle Isole Vergini a est alle Hawaii a ovest; in basso). Le ellissi in basso a sinistra indicano la risoluzione dell’immagine in ogni caso, viene fornita anche una barra di scala in milliarcsecondi (mas). Il pannello in alto mostra una risoluzione da record di circa 12 microarcsecondi, ottenuta quando il radiotelescopio spaziale è a 15 diametri terrestri di distanza dai telescopi di terra (una distanza di circa 190.000 km, paragonabile all’orbita della Luna).

Un team internazionale di ricercatori – guidato dall’Istituto Spagnolo di Astrofisica dell’Andalusia (IAA-CSIC) e con la partecipazione di un ricercatore del JIVE – ha ottenuto un’immagine dell’emissione radio nella galassia attiva OJ 287 con una risoluzione angolare di 12 micro arcosecondi, che è attualmente la più alta risoluzione raggiunta nelle osservazioni astronomiche. Questo è stato possibile con la tecnica dell’interferometria a lunghissima linea di base (VLBI) che combina i segnali registrati da più radiotelescopi che osservano simultaneamente lo stesso oggetto e usa questa combinazione per creare un telescopio virtuale il cui diametro effettivo è stabilito dalla maggiore distanza tra i telescopi partecipanti.

Combinando insieme dodici radiotelescopi distribuiti in tutto il mondo e un’antenna orbitante di 10 metri a bordo del satellite Spektr-R lanciato e gestito dall’Agenzia spaziale russa, i ricercatori hanno effettivamente costruito un radiotelescopio con un diametro di 193.000 km e lo hanno usato per scrutare nel cuore della galassia OJ 287 che si ritiene ospiti una coppia di buchi neri supermassicci.


La galassia OJ 287 non è un oggetto ordinario. Appartiene ad una categoria speciale di galassie chiamate blazar. La caratteristica principale di un blazar è che nel suo centro si trova un buco nero supermassiccio che accumula materia, gas e polvere. Inoltre, una coppia di getti di plasma relativistico assialsimmetrico viene lanciata dalla loro regione centrale e punta verso la Terra. L’esatto meccanismo che forma questi getti è ancora sconosciuto. OJ 287 è notevole per un’altra ragione. Al suo centro si trova non uno ma due buchi neri supermassicci, con il secondario che orbita attorno al primario, perforando il suo disco di accrescimento due volte ogni 12 anni. Questo sistema è l’unico candidato a sistema binario stretto di buchi neri supermassicci che conosciamo finora nel nostro vicinato cosmico.

Una delle principali domande relative alla formazione dei buchi neri supermassicci oggi è come una coppia di buchi neri così massicci finisca per fondersi – il cosiddetto problema del parsec finale. La teoria suggerisce che tutti i buchi neri binari rimarranno a circa un parsec di distanza all’infinito, a causa della dilatazione del tempo. Tuttavia, le onde gravitazionali emesse da un tale sistema possono confermare o escludere questa teoria. Il previsto sistema binario di buchi neri supermassicci in OJ 287 è così vicino che dovrebbe emettere onde gravitazionali, che portano alla loro contrazione orbitale. Si spera che queste onde gravitazionali possano essere presto rilevate dagli array di cronometri per pulsar e dagli interferometri per onde gravitazionali spaziali, come LISA, e confermare una volta per tutte l’esistenza di un sistema binario sub-pc in OJ 287.

Un gruppo di astronomi di tutto il mondo è riuscito a costruire l’immagine a più alta risoluzione di OJ 287 ottenuta fino ad oggi impiegando osservazioni VLBI a 4 diverse lunghezze d’onda radio in totale intensità e polarizzazione con antenne a terra – comprese le osservazioni del Global Millimetre VLBI array (GMVA), dati VLBA a 15 GHz d’archivio e dati a 43 GHz disponibili al pubblico dal programma di monitoraggio VLBA-BU-BLAZAR – nonché VLBI spaziale (osservazioni a 22 GHz della missione RadioAstron). La partecipazione dell’antenna orbitante di 10 metri Spektr-R (missione spaziale RadioAstron, guidata dall’Astro Space Center (ASC) di Mosca, Russia, e supportata dall’Agenzia Spaziale Russa), li ha aiutati a creare un radiotelescopio con un diametro 15 volte quello della Terra, raggiungendo una risoluzione di 12 microarcosecondi. In altre parole, l’immagine risultante è così dettagliata da poter vedere dalla Terra una moneta da 20 centesimi sulla superficie della Luna.

Non abbiamo mai osservato il funzionamento interno del getto nel candidato buco nero binario supermassiccio OJ287 con un dettaglio così fine”, dice Thalia Traianou, ricercatrice dello IAA-CSIC.

Mi sono unita al progetto RadioAstron quasi all’inizio del suo sviluppo, nel 1979. È molto gratificante vedere che consegna ciò per cui è stato concepito – immagini straordinariamente nitide di AGN, uno dei motori più potenti dell’Universo“, dice Leonid Gurtvits, responsabile JIVE per le scienze spaziali e le applicazioni innovative e professore della Facoltà Aerospaziale all’Università di Tecnologia di Delft. “E questo risultato è stato raggiunto dal team che ha molti giovani ricercatori che non erano nemmeno nati quando RadioAstron era sui tavoli da disegno“.

Un’ulteriore analisi dei dati ha rivelato che questa spettacolare sorgente presenta un getto di plasma altamente curvo con diversi nodi, o regioni più luminose, la cui natura è sconosciuta. Il confronto delle osservazioni spaziali e terrestri ha rivelato una progressiva curvatura del getto con l’aumentare della risoluzione angolare, in accordo con le previsioni teoriche che OJ 287 ospita non uno ma due buchi neri supermassicci, con il secondario che orbita intorno al primario e perfora il suo disco di accrescimento due volte ogni dodici anni.

Inoltre, il team ha scoperto che mentre l’energia nelle regioni più interne del getto deriva da particelle di plasma, a distanze maggiori proviene sia dalle particelle che dal campo magnetico locale. Hanno anche trovato prove che il campo magnetico nelle regioni più interne è arrotolato, in una struttura elicoidale che è coerente con i modelli di formazione del getto.

Questi risultati ci hanno aiutato a fare un passo avanti nell’ampliare le nostre conoscenze sulla morfologia dei getti relativistici vicino al motore centrale, confermando il ruolo dei campi magnetici nel lancio dei getti e registrando ancora una volta segni indiretti dell’esistenza di un sistema binario di buchi neri super massicci nelle profondità del cuore di OJ 287“, conclude Thalia Traianou (IAA-CSIC).


Maggiori informazioni:

J. L. Gómez et al. “Probing the innermost regions of AGN jets and their magnetic fields with RadioAstron. V. Space and ground millimeter-VLBI imaging of OJ 287“. Astrophysical Journal, Volume 924, Numero 2.

Fonte