Abbiamo guardato direttamente dentro il cuore di un blazar

Un team internazionale di ricercatori ha mappato la galassia attiva OJ 287 con la risoluzione più alta mai raggiunta finora dalle osservazioni astronomiche. Una risoluzione di ben a 12 microarcosecondi nella banda di frequenze del radio. Questa è stata resa possibile da un telescopio virtuale costituito da dodici radiotelescopi terrestri e un radiotelescopio spaziale, per un diametro totale di 193.000 chilometri.

La galassia oggetto dello studio si trova a cinque miliardi di anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione del Cancro. Si tratta di un blazar, una galassia con un buco nero supermassiccio attivo al suo centro. Forse però, nel suo cuore pulsante si trova in realtà una coppia di buchi neri. Nelle immediate vicinanze emergono due getti relativistici in direzione opposta che emettono radiazione molto energetica.

Una galassia blazar osservata con la risoluzione più alta mai raggiunta

Le immagini interferometriche di OJ 287 sono state prodotte a diverse lunghezze d’onda:

Il Global mm-VLBI (Very Large Baseline Interferometer) ha fotografato il blazar a 3.5 mm.
Il RadioAstron, array che include il radiotelescopio spaziale Spektr-R in orbita attorno alla Terra, a 1.3 cm.
Un array di dieci antenne negli USA infine ha catturato OJ 287 a 2 cm.

Getto galassia OJ 287 — Il getto curvo nella galassia attiva OJ 287 da immagini radio prese a tre diverse lunghezze d’onda e risoluzioni. I puntini di sospensione in basso a sinistra indicano la risoluzione dell’immagine. La scala angolare e lineare sono mostrate da una barra bianca orizzontale in basso. Il pannello superiore mostra una risoluzione record di circa 12 microsecondi d’arco, raggiunta quando il radiotelescopio spaziale si trova a una distanza di circa 190.000 km dao telescopi terrestri, corrispondente a metà della distanza tra la Luna e la Terra. Credits: Eduardo Ros / MPIfR, Gómez et al.

Nelle composizioni si vedono diversi nodi di emissione nel getto curvo di OJ 287. Detti knots in inglese, si tratta di aree in cui l’emissione di particelle relativistiche viene in qualche modo interrotta per poi ripartire. Inoltre, i dati suggeriscono che la curvatura del getto aumenta con l’aumentare della risoluzione angolare, e lo fa nella direzione dell’origine del getto. Questo supporta l’ipotesi dell’esistenza di un getto “precedente” a quelli attuali. Tale curvatura potrebbe essere causata anche dalle caratteristiche del campo magnetico in prossimità del cuore del blazar.

E se invece ci fossero due buchi neri nel cuore di OJ 287?

C’è un altro aspetto a rendere particolarmente interessante la galassia blazar OJ 287. Essa è uno dei migliori candidati per ospitare nel suo centro pulsante due buchi neri supermassicci in un sistema binario, che ruotano l’uno attorno all’altro a velocità molto elevate. Si presume che il buco nero secondario in questo sistema si trovi in un’orbita ellittica molto stretta. Esso passerebbe attraverso il disco di accrescimento del buco nero primario due volte ogni dodici anni. Evento che causa forti esplosioni di radiazioni (detti “bagliori”, flares in inglese).

“Quando uno dei due buchi neri si trova in quel punto, l’attrazione gravitazionale entra in gioco. Essa fa sì che i due buchi neri si avvicinino sempre di più fino a quando non si fondono” spiega Andrei Lobanov del Max Planck Institute for Radio Astronomy. Nel caso di OJ 287, i due buchi neri nel sistema binario sarebbero così vicini che dovrebbe emettere onde gravitazionali. Esse sarebbero perciò rilevabili nel prossimo futuro.

Confermati i modelli teorici sul campo magnetico

L’alta risoluzione degli strumenti che hanno osservato OJ 287 ha permesso di analizzare le proprietà di polarizzazione della radiazione radio. In particolar modo, i ricercatori hanno confermato la presenza di un campo magnetico distribuito su una superficie toroidale. Ciò è in accordo con i modelli teorici sul campo magnetico che circonda i blazar.

Inoltre, i dati riguardanti le proprietà spettrali della radiazione suggeriscono che il materiale dei getti relativistici sia costituito principalmente da elettroni e positroni. La loro energia cinetica sembra approssimativamente in equilibrio con l’energia del campo magnetico. L’arrivo ripetuto di particelle più energetiche nel plasma del getto che disturbano questo equilibrio, provocano bagliori da alcune parti del getto interno.

BlackHole_withJet — Un buco nero con il disco di materiale che vi orbita attorno e un potente getto di particelle energetiche. Credits: NASA/JPL-Caltech.

Guarderemo ancora nel cuore dei blazar?

“I risultati ci hanno aiutato ad ampliare la nostra conoscenza della morfologia dei getti relativistici vicino al motore centrale” afferma Efthalia Traianou. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso il Max Planck Institute e spera che in futuro si possa confermare il ruolo dei campi magnetici alla base dei getti. Oltre ad identificare e indagare ulteriori caratteristiche per l’esistenza di un buco nero binario nel cuore di OJ 287.

“La struttura fine dettagliata osservata della regione del getto interno è ideale per testare la validità del modello binario del buco nero” afferma Thomas Krichbaum, anch’egli ricercatore al Max Planck. Interessante quindi sarà sfruttare ancora questa rete virtuale di telescopi per riuscire a dare la caccia ad altri blazar particolari come questo. E per saperne di più su OJ 287, perché talvolta anche nel cosmo le eccezioni possono diventare regole.

Lo studio completo è disponibile qui.

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