La maggior parte delle galassie ospita al proprio centro un buco nero supermassiccio. Talvolta, questi mostri celesti lanciano potenti getti di materia altamente energetica, che si estendono ben oltre le dimensioni della loro galassia ospite. Per la prima volta, gli scienziati hanno immortalato nella stessa immagine un buco nero supermassiccio e il suo getto.

Si tratta di M87*, il buco nero supermassiccio al centro della galassia M87, che si trova a 55 milione di anni luce da noi, ovvero nel nostro “quartiere cosmico”. Questo oggetto è divenuto famoso nel 2017 perché ne è stata scattata una foto grazie all’Event Horizon Telescope (EHT), la prima immagine reale di un buco nero supermassiccio della storia.

M87* è 6.5 miliardi di volte più massiccio del Sole, e nel frattempo altre osservazioni erano riuscite a fotografare separatamente la regione vicina al buco nero e il getto relativistico emesso da esso. Ora, utilizzando i dati del 2018 dei radiotelescopi GMVA (Gloval Millimeter VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e GLT (GreenLand Telescope) è stato possibile immortalare entrambe le strutture all’interno dello stesso scatto.

Un’immagine senza precedenti

L’immagine che i radiotelescopi hanno permesso di ottenere è unica nel suo genere. In essa vediamo quella che gli scienziati chiamano l’ombra del buco nero, una zona scura al centro di un anello luminoso ripresa per la prima volta dall’EHT nel 2017. Infatti, mentre la materia orbita attorno al buco nero, si riscalda ed emette luce, distribuendosi in una struttura ad anello che possiamo osservare dalla Terra.

A differenza del 2017, però, questa foto racchiude anche dati a una lunghezza d’onda radio maggiore di quella di EHT, pari a 3.5 mm (invece di 1.3 mm). A questa lunghezza d’onda, è possibile vedere anche il getto di materiale emesso a velocità relativistiche oltre l’anello di luce disposto attorno al buco nero supermassiccio centrale.

La dimensione dell’anello come osservata dalla rete GMVA è circa il 50% più grande rispetto all’immagine ottenuta dall’EHT. Per comprendere questa discrepanza, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni numeriche per verificare diversi scenari. I risultati suggeriscono che la nuova immagine rivela una maggior quantità di materiale in caduta verso il buco nero, rispetto a quanto sia stato osservato in precedenza con l’EHT.

Una rete di telescopi sparsi su tutto il globo terrestre

Per comprendere ciò che accade nei pressi delle regioni più estreme e misteriose dell’Universo, i radiotelescopi sono fondamentali. Questa nuova immagine di M87* è stata ottenuta durante una campagna di osservazione del 2018, con una rete di radiotelescopi sparsi in tutto il mondo che lavora insieme come se fosse un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra. I dati raccolti da questi telescopi vengono poi combinati utilizzando una tecnica chiamata interferometria, che sincronizza i segnali presi da ogni singola struttura.

Una rete così grande può distinguere dettagli minuscoli nella regione attorno al buco nero di M87. Di essa fanno parte:

• Il GMVA, costituito da 14 radiotelescopi in Europa e Nord America.
• L’ALMA, composto da 66 antenne ubicate nel deserto cileno di Atacama, nell’emisfero australe, che ha svolto un ruolo chiave in queste osservazioni grazie alla sua ubicazione e alla sensibilità.
• Il GLT di 12 metri a Thule, in Groenlandia.

Getti enormi e misteriosi

Capire come i buchi neri possano creare getti così enormi è un problema ormai datato. Ru-Sen Lu dell’Osservatorio Astronomico di Shanghai, in Cina, ha affermato:

Sappiamo che i getti vengono espulsi dalla regione che circonda i buchi neri. Ma non comprendiamo ancora del tutto come ciò effettivamente avvenga. Per studiarlo direttamente, dobbiamo osservare l’origine del getto il più vicino possibile al buco nero”.

Le prossime osservazioni con questa rete di telescopi cercheranno di svelare come i buchi neri supermassicci possano lanciare potenti getti. I ricercatori hanno in programma di osservare la regione attorno a M87* a diverse lunghezze d’onda radio, per studiare nel dettaglio l’emissione del getto. E provare a districare i complicati processi che avvengono vicino al buco nero supermassiccio.