I buchi neri sono le forze più intriganti e maestose della natura. Sono anche uno dei più misteriosi a causa del modo in cui le regole della fisica convenzionale si infrangono in loro presenza. Nonostante decenni di ricerche e osservazioni, c'è ancora molto che non sappiamo su di loro. In effetti, fino a poco tempo fa, gli astronomi non avevano mai visto un'immagine di buco nero e non erano in grado di controllare la loro massa.
Tuttavia, un team di fisici dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT) ha recentemente annunciato di aver escogitato un modo per misurare indirettamente la massa di un buco nero, confermando anche la sua esistenza. In uno studio recente, hanno mostrato come hanno testato questo metodo sul buco nero supermassiccio di recente immagine al centro della galassia attiva di Messier 87.
Lo studio è apparso nel numero di agosto del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Oltre ai ricercatori del MIPT, il team comprendeva membri dell'Istituto congiunto con sede in Olanda per VLBI ERIC (JIVE), l'Istituto di astronomia e astrofisica di Academia Sinica a Taiwan e l'Osservatorio VLBI Mizusawa del NOAJ in Giappone.
Per decenni, gli astronomi hanno saputo che la maggior parte delle galassie di massa ha un buco nero supermassiccio (SMBH) al centro. La presenza di questo SMBH porta a una notevole quantità di attività nel nucleo, dove gas e polvere cadono in un disco di accrescimento e accelerano a velocità che causano loro di emettere luce, così come radio, microonde, raggi X e gamma- radiazione dei raggi.
Per alcune galassie, la quantità di radiazione prodotta dalla regione del nucleo è così intensa da sopraffare la luce proveniente da tutte le stelle nel suo disco. Queste sono conosciute come galassie Active Galactic Nuclei (AGN) poiché hanno nuclei attivi e altre galassie sono relativamente "silenziose". Un altro identificatore rivelatore che una galassia è attiva sono i lunghi raggi di materia surriscaldata che si estendono.
Questi "getti relativistici", che possono estendersi per milioni di anni luce verso l'esterno, sono così chiamati perché il materiale in essi contenuto è accelerato ad una frazione della velocità della luce. Sebbene questi getti non siano ancora del tutto chiari, l'attuale consenso è che sono prodotti da un certo "effetto motorio" causato da un SMBH a rotazione rapida.
Un buon esempio di galassia attiva con un jet relativistico è Messier 87 (aka Virgo A), una galassia supergigante situata nella direzione della Costellazione della Vergine. Questa galassia è la galassia attiva più vicina alla Terra e quindi una delle meglio studiate. Originariamente scoperto nel 1781 da Charles Messier (che lo ha scambiato per una nebulosa), da allora è stato studiato su base regolare. Nel 1918, il suo getto ottico divenne il primo del suo genere ad essere osservato.
Grazie alla sua vicinanza, gli astronomi sono stati in grado di studiare meticolosamente il jet di Messier 87, mappando la sua struttura e le velocità del plasma e misurando le temperature e la densità delle particelle vicino al flusso del jet. I confini del jet sono stati studiati in dettaglio che i ricercatori hanno scoperto che era omogeneo per la sua lunghezza e ha cambiato forma più si è esteso (passando da parabolico a conico).
Tutte queste osservazioni hanno permesso agli astronomi di verificare le ipotesi riguardanti la struttura delle galassie attive e la relazione tra i cambiamenti nella forma del getto e l'influenza del buco nero nel nucleo galattico. In questo caso, il team di ricerca internazionale ha approfittato di questa relazione e di determinare la massa di SMBH M87.
Il team ha anche fatto affidamento su modelli teorici che prevedono una rottura del jet, che ha permesso loro di creare un modello in cui la massa di un SMBH riproducesse accuratamente la forma osservata del jet di M87. Misurando la larghezza del getto e la distanza tra il nucleo e l'interruzione della sua forma, hanno anche scoperto che il confine del getto dell'M87 è costituito da due segmenti con due curve distintive.
Alla fine, la combinazione di modelli teorici, osservazioni e calcoli al computer ha permesso al team di ottenere una misurazione indiretta della massa e della velocità di rotazione del buco nero. Questo studio non solo fornisce un nuovo modello per la stima del buco nero e un nuovo mezzo di misurazione per i getti, ma conferma anche le ipotesi alla base della struttura dei getti
In sostanza, i risultati del team descrivono il getto come un flusso di fluido magnetizzato, in cui la forma è determinata dal campo elettromagnetico al suo interno. Questo, a sua volta, dipende da cose come la velocità e la carica delle particelle del getto, la corrente elettrica all'interno del getto e la velocità con cui l'SMBH accresce la materia dal suo disco circostante.
L'interazione tra tutti questi fattori è ciò che dà origine alla rottura osservata nella forma di un getto, che può quindi essere utilizzata per estrapolare la massa dell'SMBH e la sua velocità di rotazione. Elena Nokhrina, vicedirettore del laboratorio MIPT coinvolto nello studio e autrice principale del documento del team, descrive il metodo che hanno sviluppato nel modo seguente:
“Il nuovo metodo indipendente per la stima della massa e dello spin del buco nero è il risultato chiave del nostro lavoro. Sebbene la sua precisione sia paragonabile a quella dei metodi esistenti, ha un vantaggio in quanto ci avvicina all'obiettivo finale. Vale a dire, perfezionare i parametri del "motore" di base per comprendere più a fondo la sua natura ".
Grazie alla disponibilità di strumenti sofisticati per lo studio degli SMBH (come il Event Horizon Telescope) e dei telescopi spaziali di prossima generazione che saranno presto operativi, non ci vorrà molto prima che questo nuovo modello venga testato a fondo. Un buon candidato sarebbe il Sagittario A *, l'SMBH al centro della nostra galassia che è stimato tra 3,5 milioni 4,7 milioni di masse solari.
Oltre a porre vincoli più precisi su questa massa, le osservazioni future potrebbero anche determinare quanto sia attivo (o inattivo) il nucleo della nostra galassia. Questi e altri misteri del buco nero ti aspettano!
