Il nucleo oscuro della radiogalassia più vicina identificato dall’Event Horizon Telescope

Un consolidato team internazionale dell’Event Horizon Telescope (EHT), noto per aver scattato la prima immagine di un buco nero nella galassia Messier 87, ha ripreso il nucleo della vicina radiogalassia Centaurus A con dettagli senza precedenti. Gli astronomi individuano il buco nero supermassiccio centrale e rivelano come nasce un getto gigante. Più sorprendentemente, solo i bordi esterni dell’aereo emettono radiazioni, sfidando i nostri modelli teorici di aerei. Questo lavoro, condotto da Michael Janssen del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn e della Radboud University Nijmegen, è stato pubblicato in astronomia naturale Oggi (19 luglio 2021).

Alle lunghezze d’onda radio, Centaurus A appare come uno degli oggetti più grandi e luminosi nel cielo notturno. Essendo stato identificato come una delle prime radiosorgenti extragalattiche conosciute nel 1949, Centaurus A è stato ampiamente studiato attraverso l’intero spettro elettromagnetico da una varietà di osservatori radio, infrarossi, raggi X e raggi gamma. Al centro di Centaurus A c’è un buco nero con una massa di 55 milioni di soli, che si trova tra le scale di massa del buco nero Messier 87 (sei miliardi e mezzo di soli) e il buco al centro della nostra galassia (circa quattro milioni di soli).

L’immagine in alto a sinistra mostra come l’aereo è disperso in nuvole di gas che emettono onde radio, catturate dall’ATCA e dall’Osservatorio di Parkes. Il pannello in alto a destra mostra un’immagine composita a colori, con zoom 40x rispetto al primo pannello per corrispondere alle dimensioni della galassia stessa. L’emissione millimetrica del getto galattico e della polvere misurata dallo strumento LABOCA/APEX è mostrata in arancione. L’emissione di raggi X dall’aereo misurata dalla navicella spaziale Chandra è mostrata in blu. La luce bianca visibile delle stelle nella galassia è stata catturata dal telescopio MPG/ESO da 2,2 metri. Il pannello successivo mostra un’immagine ingrandita di 165.000 volte del getto radio interno ottenuta con i telescopi TANAMI. Il pannello inferiore raffigura la nuova immagine ad alta risoluzione dell’area di lancio del jet ottenuta con EHT a lunghezze d’onda millimetriche con un ingrandimento di 60000000x alla risoluzione del telescopio. Barre della scala indicate in anni luce e giorni luce. Un anno luce è uguale alla distanza percorsa dalla luce in un anno: circa nove trilioni di chilometri. In confronto, la distanza dalla stella conosciuta più vicina dal nostro Sole è di circa quattro anni luce. Un giorno di luce è uguale alla distanza percorsa dalla luce in un giorno: circa sei volte la distanza tra il Sole e Nettuno. Credito: Radboud University. CSIRO/ATNF/I.Feain et al. , R. Morganti et al. , N. Junkes et al. ; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; crescita / k. Muller et al.; EHT / m. Jansen et al

In un nuovo giornale in astronomia naturale, i dati delle osservazioni EHT del 2017 sono stati analizzati in un’immagine di Centaurus A con dettagli senza precedenti. «Questo ci permette per la prima volta di vedere e studiare un getto radio extragalattico su scale inferiori alla distanza percorsa dalla luce in un giorno. Vediamo da vicino e personalmente come un getto mostruosamente gigantesco viene generato da un buco nero supermassiccio», dice l’astronomo Michael Jansen.

Rispetto a tutte le precedenti osservazioni ad alta risoluzione, il getto lanciato su Centaurus A è stato ripreso con una frequenza dieci volte superiore e con una precisione sedici volte maggiore. Attraverso il potere analitico dell’EHT, ora possiamo mettere in relazione le vaste scale della sorgente, che sono fino a 16 volte il diametro angolare della Luna nel cielo, alla sua origine vicino al buco nero solo nella sua larghezza. Una mela sulla luna vista nel cielo. Questo è un miliardo di fattori di amplificazione.

Capire gli aeroplani

I buchi neri supermassicci al centro di galassie come Centaurus A sono alimentati da gas e polvere che sono attratti dall’immensa gravità. Questo processo rilascia enormi quantità di energia e si dice che la galassia diventi «attiva». La maggior parte del materiale in esso contenuto si trova vicino al bordo del buco nero. Tuttavia, alcune delle particelle circostanti sfuggono pochi istanti prima della cattura e esplodono nello spazio: nascono i getti, una delle caratteristiche più enigmatiche e vibranti delle galassie.

L’immagine a più alta risoluzione del Centaurus A acquisita dall’Event Horizon Telescope si trova sopra un’immagine a colori composita dell’intera galassia. Credito: Radboud University. ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; EHT / m. Jansen et al

Gli astronomi si sono basati su diversi modelli di come si comporta la materia vicino a un buco nero per comprendere meglio questo processo. Ma non sanno ancora esattamente come vengono rilasciati i getti dalla loro regione centrale e come possono estendersi su scale più grandi delle loro galassie ospiti senza scattering. L’EHT mira a risolvere questo enigma.

La nuova immagine mostra che l’aereo lanciato da Centaurus A è più luminoso ai bordi che al centro. Questo fenomeno è noto da altri velivoli, ma non è stato visto chiaramente prima. «Ora siamo in grado di escludere modelli teorici di getti che non sono in grado di riprodurre questa luminosità dei bordi. È una caratteristica straordinaria che ci aiuterà a comprendere meglio i getti prodotti dai buchi neri», afferma Matthias Kadler, comandante di Tanami e professore di astrofisica presso l’Università di Würzburg in Germania.

Riferimento: 19 luglio 2021, astronomia naturale.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01417-w

note future

Con le nuove osservazioni EHT del getto Centaurus A, è stata determinata la probabile posizione del buco nero nel punto di lancio del getto. Sulla base di questa posizione, i ricercatori si aspettano che osservazioni future con una lunghezza d’onda più corta e una risoluzione più elevata saranno in grado di visualizzare il buco nero centrale di Centaurus A. Ciò richiederà l’uso di osservatori spaziali-satellitari.

Questi dati provengono dalla stessa campagna osservativa che ha fornito la famosa immagine del buco nero di M87. Le nuove scoperte mostrano che l’EHT fornisce una serie di dati su una ricca varietà di buchi neri, e ce ne sono ancora altri in arrivo, afferma Hino Falk, membro del consiglio di amministrazione dell’EHT e professore di astrofisica alla Radboud University.

Informazioni di base

Per osservare Centaurus A a questa risoluzione senza precedenti a una lunghezza d’onda di 1,3 mm, la collaborazione EHT ha utilizzato l’interferometria fondamentale molto lunga (VLBI), la stessa tecnologia con cui è stata realizzata la famosa immagine del buco nero di M87. Un’alleanza di otto telescopi in tutto il mondo si è unita per creare l’ipotetico Event Horizon Telescope delle dimensioni della Terra. La collaborazione EHT comprende più di 300 ricercatori provenienti da Africa, Asia, Europa e Nord e Sud America.

Il Consorzio EHT è composto da 13 istituti interessati: Sinica Academic Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe University Frankfurt, Institute for Radio Astronomy Millimétrique (MPG/CNRS/IGN), Large Millimeter Telescopio, Max Institute Planck Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, Japan National Astronomical Observatory, Ocean Institute for Theoretical Physics, Radboud University e Astrophysics Center | Harvard e Smithsonian.

TANAMI (Tracking Active Galactic Nuclei Using Austral Millisecond Interferometry) è un programma multi-lunghezza d’onda per l’osservazione di getti relativistici negli AGN nel cielo australe. Questo programma ha monitorato il Centaurus A utilizzando VLBI a lunghezze d’onda centimetriche dalla metà degli anni 2000. Il Tanami Array è composto da nove radiotelescopi situati in quattro continenti che monitorano lunghezze d’onda di 4 cm e 1,3 cm.