Rilevamento del movimento superluminale apparente nel getto di raggi X in M87

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Gli astronomi non hanno mai smesso di osservare M87*. Questo mostro galattico ha una massa di circa 6.5 ​​miliardi di volte quella del Sole e si trova a circa 55 milioni di anni luce dalla Terra. Una nuova ricerca analizza i getti del buco nero, che vengono lanciati – quasi – alla velocità della luce.

Le osservazione sono state effettuate utilizzando il Chandra X-ray Observatory. “Questa è la prima volta che velocità così estreme da parte di un buco nero sono state registrate utilizzando i dati dei raggi X“, afferma Ralph Kraft dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Avevamo bisogno della nitida visione a raggi X di Chandra per effettuare queste misurazioni.

Quando la materia (gas, polvere, ecc.) si avvicina abbastanza al buco nero supermassiccio, parte di questa cade all’interno del mostro cosmico e, successivamente, viene poi “reindirizzata” sotto forma di getti lungo le linee del campo magnetico. I ricercatori hanno utilizzato le osservazioni di Chandra del 2012 e del 2017 per tracciare il movimento di due getti di raggi X: il primo è stato osservato con una velocità apparente di 6.3 volte la velocità della luce, mentre il secondo “solo” 2.4 volte la velocità della luce per l’altro.

I due raggi, però, hanno superato la velocità della luce solo apparentemente. Questo fenomeno è chiamato “movimento superluminale”. Si tratta solo un banale effetto ottico che capita quando questi getti, vicini alla velocità della luce, puntano verso la nostra direzione. I dati Chandra sono un complemento eccellente ai dati dell’Event Horizon Telescope. “È come se l’EHT stesse osservando da vicino un lanciarazzi“, afferma infinePaul Nulsen del CfA, coautore dello studio, “e Chandra ci stia mostrando i razzi in volo“.

M87 buco nero
Credito: NASA / CXC / SAO / B. Snios et al.

I ricercatori hanno utilizzato le osservazioni di Chandra del 2012 e del 2017 per tracciare il movimento di due nodi di raggi X situati all’interno del getto a circa 900 e 2.500 anni luce di distanza dal buco nero. I dati dei raggi X mostrano un movimento con velocità apparenti di 6,3 volte la velocità della luce per il nodo di raggi X più vicino al buco nero e 2,4 volte la velocità della luce per l’altro.

“Una delle leggi infrangibili della fisica è che nulla può muoversi più velocemente della velocità della luce”, ha affermato il coautore Brad Snios, anch’egli del CfA. “Non abbiamo rotto la fisica, ma abbiamo trovato un esempio di un fenomeno straordinario chiamato movimento superluminale.”

Il movimento superluminale si verifica quando gli oggetti viaggiano vicino alla velocità della luce lungo una direzione vicina alla nostra visuale. Il getto viaggia verso di noi quasi altrettanto rapidamente della luce che genera, dando l’illusione che il moto del getto sia molto più rapido della velocità della luce. Nel caso di M87 *, il getto punta vicino alla nostra direzione, determinando queste esotiche velocità apparenti.

M87 buco nero
Inserti con etichetta 2012 e 2017. Credito: NASA / CXC / SAO / B. Snios et al.

I dati Chandra sono un complemento eccellente ai dati EHT. La dimensione dell’anello attorno al buco nero visto con il telescopio Event Horizon è circa cento milioni di volte più piccola della dimensione del jet visto con Chandra.

Un’altra differenza è che l’EHT ha osservato l’M87 per sei giorni nell’aprile 2017, dando una recente istantanea del buco nero. Le osservazioni di Chandra fanno luce sul materiale espulso all’interno del getto lanciato dal buco nero centinaia e migliaia di anni prima.

Oltre a essere presentati alla riunione dell’AAS, questi risultati sono anche descritti in un articolo su The Astrophysical Journal guidato da Brad Snios che è disponibile online.

Messier 87, la galassia con al centro l’enorme buco nero: cosa sappiamo

Messier 87, conosciuta anche con l’abbreviazione M87 o come Virgo A oppure con il nome da catalogo di NGC 4486, è una galassia ellittica, individuabile nella costellazione della Vergine, distante da noi circa 53 milioni di anni luce.

Struttura della galassia M87: Si tratta di una galassia molto attiva, tanto da essere considerata come una delle sorgenti radio più luminose del cielo. M87 è una galassia ellittica gigante che si estende per 490.000 anni luce (per un confronto, la via Lattea si estende per circa 100.000 anni luce) ed ha una struttura senza bracci, a forma di disco, che diminuisce in luminosità via via che aumenta la distanza dal centro.
È una delle più massicce nell’universo locale e si trova al centro dell’ammasso della Vergine, l’ammasso di galassie di grandi dimensioni più vicino al nostro Gruppo Locale.

Il buco nero supermassiccio al centro: La teoria riguardante la presenza di un buco nero supermassiccio al suo centro è stata poi supportata dall’annuncio odierno relativo alla prima immagine di un buco nero. Gli astronomi sono infatti riusciti, utilizzando i dati di un cluster di radiotelescopi terrestri, a realizzare l’immagine del materiale, perlopiù plasma, che circola vorticosamente intorno al buco nero facendo risaltare l’ombra di quest’ultimo al centro.

Getto relativistico:Da questo buco nero viene emesso un getto relativistico potentissimo ad alta energia, lungo almeno 5000 anni luce, che è ben visibile anche osservando la galassia da lontano. Si tratta di materiale espulso, o meglio schizzato via, prima di venire risucchiato all’interno dell’orizzonte degli eventi.
Questo filamento di materiale si estende dal centro galattico quasi alla velocità della luce. Solo questi dati la dicono riguardo alle enormi energie che si sviluppano al centro di questa galassia.
Per capire di cosa si tratta, basti pensare ad un’arancia schiacciata all’interno di un pugno: gran parte del materiale verrà compresso e resterà all’interno del pugno stesso ma una parte di esso schizzerà via a grossa velocità.

Galassia M87: cenni storici:La galassia M87 è stata scoperta nel marzo del 1781 dall’astronomo francese Charles Messier che la aggiunse al suo catalogo insieme ad altri oggetti luminosi, molti dei quali poi rivelatisi galassie, che aveva adocchiato nel corso del tempo insieme all’amico Pierre Méchain.

Solo un secolo dopo, nel 1880, questo oggetto fu classificato con la denominazione NGC 4486, tuttavia anche allora non si immaginava fosse una galassia ma solo una nebulosa presente all’interno della via Lattea in quanto a quel tempo, e almeno per i primi due decenni del secolo successivo, l’esistenza di oggetti extragalattici era ancora sconosciuta.

Anche lo stesso Edwin Hubble classificò questo oggetto inizialmente prima come ammasso globulare e poi come nebulosa extragalattica. Solo intorno alla metà degli anni 50 M87 guadagnò finalmente lo status di vera e propria galassia.
Da allora è stata oggetto di continui studi e le informazioni che abbiamo al riguardo sono tantissime (a tal proposito si può dare anche un’occhiata alla voce su Wikipedia in inglese che è molto ben fatta, clicca qui).

Dagli anni 2000 è stata poi oggetto di studio da parte degli astronomi a causa della presenza al suo centro dell’enorme buco nero supermassiccio del quale è stata poi realizzata l’immagine presentata al pubblico per la prima volta oggi, 10 aprile 2019.

M87 buco nero
Chandra Grandangolo di M87; la casella mostra la posizione approssimativa dell’immagine del getto a campo largo sopra. Credito: NASA / CXC

Chandra X-ray Observatory

Il Chandra, è un telescopio orbitale della NASA per l’osservazione del cielo nei raggi X. Il telescopio è conosciuto anche col nome AXAF, Advanced X-ray Astrophysics Facility.

Nel 2006, Chandra ha evidenziato le prime prove dirette dell’esistenza della materia oscura. Il satellite ha individuato anche l’eco prodotto dal buco nero al centro della Via Lattea. Quando del gas cade in un buco nero genera delle forti emissioni di raggi X. Le radiazioni originarie hanno raggiunto la Terra 50 anni fa ma una parte delle radiazioni sono state riflesse nello spazio e hanno preso un percorso più lungo arrivando sulla Terra 50 anni dopo e venendo rilevate dal satellite.

Inoltre Chandra ha evidenziato la presenza del buco nero più giovane mai osservato, SN 1979C, il quale possiede solamente 30 anni.

A gennaio 2017 è stata pubblicata una ricerca effettuata nel campo profondo dei raggi X o Chandra Deep Field-Sud, o CDF-S. La ricerca ha evidenziato la più alta concentrazione di buchi neri supermassicci mai osservata, circa 5000, in una piccola porzione di cielo.

Nel Chandra Deep Field (campo profondo di Chandra) è stato osservata un evento transitorio ad altissima energia. Il fenomeno, chiamato CDF-S XT1 si ipotizza possa essere generato dalla fusione di una stella di neutroni, una stella massiccia collassante in un buco nero o una nana bianca consumata da un buco nero intermedio.

Nel 2019 grazie ai dati raccolti dello strumento HETGS (High Energy Transmission Grating) è stata individuata e caratterizzata una potentissima esplosione nell’atmosfera della stella attiva Hr 9024, evidenziata da un intenso lampo di raggi X seguito dall’espulsione di una gigantesca bolla di plasma, una Cme (Coronal Mass Ejection, o espulsione di massa coronale). La massa espulsa sarebbe stata diecimila volte maggiore delle Cme più massive prodotte dal Sole.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Bradford Snios et al. Detection of Superluminal Motion in X-Ray Jet of M87, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab2119
  2. Chandra Press Room :: Famous Black Hole Has Jet Pushing Cosmic Speed Limit :: 6 January 20 (IA)
  3. Chandra Deep Field South: la più alta concentrazione di buchi neri supermassivi nel profondo., su chandra.harvard.edu.
  4. Franz Bauer ed altri, A New, Faint Population of X-ray Transients (abstract), in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 467, nº 4, 20 febbraio 2017, pp. 4841–4857, DOI:10.1093/mnras/stx417.

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