Rappresentazione schematica del modello del disco di accrescimento inclinato di un buco nero supermassiccio, con direzione del getto oscillante quasi perpendicolare al disco. Credits: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse e Zhejiang Lab
La vicina radiogalassia M87, nel cui centro è presente quel buco nero 6.5 miliardi di volte più massiccio del Sole fotografato nel 2019 con l’Event Horizon Telescope (EHT), presenta un getto oscillante. L’ha scoperto un team di ricercatori guidati dallo Zhejiang laboratory, a cui hanno partecipato l’INAF e l’Università di Bologna.
Il getto di gas caldo relativistico ha origine nel buco nero centrale e oscilla con un’ampiezza di circa 10 gradi, un fenomeno detto precessione. Utilizzando dati raccolti negli ultimi 23 anni con la tecnica Very Long Baseline Interferometry (VLBI), gli scienziati hanno svelato un ciclo ricorrente di 11 anni nel movimento di precessione della base del getto, come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein nel caso di un buco nero rotante attorno al suo asse.
Lo studio ha permesso quindi di ricondurre la dinamica di questo getto al comportamento del buco nero supermassiccio centrale, offrendo la prova dell’esistenza della rotazione del buco nero di M87.
I buchi neri supermassicci al centro delle galassie attive sono in grado di accumulare immensi quantitativi di materia grazie alla loro incredibile forza gravitazionale, mentre emettono getti di particelle che si allontanano a velocità prossime a quella della luce. Tuttavia, il processo esatto tramite cui questi buchi neri interagiscono con il disco di materiale circostante e generano i getti rimane avvolto nell’incertezza.
Una delle teorie che prevalgono suggerisce che l’energia possa essere estratta da un buco nero in rotazione, alimentato dall’energia gravitazionale generata dalla materia che vi cade dentro. Nonostante questa teoria, la conferma definitiva della rotazione nei buchi neri supermassicci non era ancora arrivata. Fino a oggi.
Questa ricerca su M87, infatti, dimostra con certezza che il buco nero supermassiccio M87* è in rotazione a una velocità straordinariamente elevata. Marcello Giroletti, ricercatore presso l’INAF di Bologna e tra gli autori dell’articolo, spiega: ” Questa possibilità era stata ipotizzata proprio sulla base delle immagini ottenute con EHT. Ora ne abbiamo una dimostrazione inequivocabile”.
La rotazione del buco nero influisce sullo spaziotempo circostante, generando un fenomeno noto come frame-dragging previsto dalla Relatività Generale di Einstein, che potrebbe spiegare la deviazione della direzione dei getti.
Dall’analisi dei dati, infatti, si evince che l’asse di rotazione del disco di accrescimento di M87* è disallineato rispetto all’asse di rotazione del buco nero. Questo disallineamento provocherebbe la precessione. Il rilevamento di questa precessione rappresenta un supporto convincente nell’affermare che il buco nero supermassiccio all’interno di M87 stia ruotando. Conferma che apre nuove dimensioni nella nostra comprensione della natura dei buchi neri supermassicci.
L’oscillazione regolare del getto di M87, inoltre, rivela un’interessante discrepanza tra la rotazione del buco nero centrale e il disco di materia in caduta su di esso. Questo comportamento ha un significativo impatto sulla materia e sullo spazio-tempo circostante, confermando le predizioni delle leggi relativistiche. La galassia M87 continua quindi a sorprenderci, svelando nuovi aspetti affascinanti della fisica dei buchi neri supermassicci.
La ricerca è stata possibile grazie alla collaborazione di 79 ricercatori appartenenti a 17 diversi osservatori, università ed enti di ricerca sparsi in 10 paesi. Ha sfruttato 170 epoche di osservazioni ottenute dalla rete East Asian VLBI Network (EAVN), dal Very Long Baseline Array (VLBA), dal KVN e VERA (KaVA), e dalla rete East Asia to Italy Nearly Global VLBI (EATING). In totale, più di 20 telescopi in tutto il mondo hanno contribuito a questo studio, tra cui anche il Sardinia Radio Telescope (SRT) e la Stazione Radioastronomica di Medicina dell’INAF.
L’abstract dell’articolo scientifico, pubblicato su Nature, è reperibile qui.