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Quando i buchi neri giocano a nascondino

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Al centro della galassia Messier 77 (nota anche come NGC 1068), avvolto da una nube di polvere cosmica, sembra nascondersi un buco nero supermassiccio.

L’oggetto è stato individuato dal Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’European Southern Observatory (ESO), e i primi risultati di queste osservazioni stanno dando l’opportunità agli astronomi di approfondire le ricerche sui “nuclei galattici attivi”, corpi celesti molto luminosi e assai misteriosi.

Immagine catturata con lo strumento MATISSE sul Very Large Telescope Interferometer dell’ESO, mostra la regione più interna della galassia attiva Messier 77. Il punto nero indica la posizione più probabile del buco nero, mentre le due ellissi mostrano l’estensione, vista in proiezione, dello spesso anello di polvere interno (tratteggiato) e del disco di polvere esteso. Credit:
ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

I nuclei galattici attivi (AGN) sono grandi fonti di energia alimentate da buchi neri supermassicci situati all’interno delle galassie. Questi buchi neri mangiano letteralmente grandi quantità di polvere e gas cosmici. Prima di essere divorato, questo materiale incomincia ad orbitare a spirale in direzione del buco nero, rilasciando grandi quantità di energia che tendono a far eclissare la luce di tutte le stelle.

 

L’interesse degli astronomi per gli AGN nasce negli anni ‘50, quando questi oggetti luminosi sono stati individuati per la prima volta. Oggi, un team di ricercatori dell’ESO, guidato da Violeta Gàmez Rosas dell’Università di Leiden nei Paesi Bassi, ha compiuto dei passi fondamentali verso la comprensione del loro funzionamento (i risultati sono stati pubblicati oggi su Nature).

Magnifico scatto del Very Large Telescope Interferometer (VLTI) della galassia spirale barrata Messier 77. Crediti: ESO

Esistono diversi tipi di AGN. Ad esempio, alcuni rilasciano esplosioni di onde radio, mentre altri brillano intensamente in luce visibile; altri ancora, come in Messier 77, risultano più attenuati. Nonostante queste differenze però, tutti gli AGN presentano la stessa struttura di base: un buco nero supermassiccio circondato da uno spesso anello di polvere (assunzione del “Modello Unificato dei nuclei galattici attivi”).

Secondo questo presupposto, le differenze presenti tra gli AGN dipendono dall’orientamento da cui gli astronomi osservano dalla Terra il buco nero e lo spesso anello di polveri. Ovvero, il tipo di nucleo galattico che vediamo dipende da quanto l’anello oscura il buco nero dal nostro punto di vista, in alcuni casi nascondendolo completamente.

Illustrazione artistica del nucleo galttico attivo di Messier 77. Credit:
ESO/M. Kornmesser e L. Calçada

In passato, gli scienziati hanno trovato delle prove a sostegno del Modello Unificato, tra cui ad esempio della polvere calda al centro di Messier 77. Nonostante questo però, rimane il dubbio se una simile polvere riscaldata possa celare del tutto un buco nero e quindi di conseguenza spiegare perché questo AGN brilla meno in luce visibile.

 

«La vera natura delle nubi di polvere cosmica e il loro ruolo come fonte d’alimentazione del buco nero sono questioni centrali nelle ricerche sugli AGN», spiega Gàmez Rosas, «Anche se il nostro singolo risultato ancora non può rispondere a tutte le domande, siamo riusciti a compiere uno step in più per contribuire alle ricerche che vanno avanti da decenni».

Le osservazioni sono effettuate grazie allo strumento MATISSE (Multi AperTure Mid-Infrared SpectroScopic Experiment) installato sull’VLTI nel deserto dell’Atacama. MATISSE combina la luce infrarossa raccolta da tutti e quattro i telescopi dell’ESO, usando una tecnica chiamata interferometria. In questo modo, gli scienziati hanno scansionato con un’alta risoluzione il centro di Messier 77, posto a 47 milioni di anni luce di distanza dalla Terra nella costellazione della Balena.

Grafico che mostra l’ubicazione della galassia attiva di Messier 77 nella costellazione della Balena. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope.

«MATISSE è in grado di vedere un’ampia gamma di lunghezze d’onda infrarosse, il che ci consente di vedere attraverso la polvere e di misurare con precisione le temperature», aggiunge il coautore dello studio Walter Jaffe, professore ordinario presso l’Università di Leiden, «Le immagini ottenute descrivono in dettaglio le variazioni di temperatura e l’assorbimento delle nubi di polvere intorno al buco nero».

 

Combinando quindi i cambiamenti nella temperatura della polvere (a circa 1200 °C) con le mappe di assorbimento, gli astronomi hanno costruito un quadro dettagliato della distribuzione della polvere e hanno individuato il punto in cui dovrebbe trovarsi il buco nero. La distribuzione della polvere nel centro di NGC 1068 sembra confermare il Modello Unificato.

«I nostri risultati dovrebbero portare ad una migliore comprensione del funzionamento interno degli AGN», conclude Gàmez Rosas, «Questi studi potrebbero anche aiutarci a capire meglio la storia della Via Lattea, che altrettanto ospita nel suo centro un buco nero supermassiccio».

Immagine della DSS (Digitized Sky Survey) che mostra la galassia a spirale Messier 77 e dintorni. Credit: NASA/ESA, Digitized Sjy Survey 2.

 

Bruno Lopez, Principal Investigator di MATISSE presso l’Observatoire de la Côte d’Azur di Nizza in Francia, conclude: «Messier 77 è un importante prototipo di AGN e un oggetto d’indagine interessantissimo sul quale concentrare il nostro progetto di ricerca, per ottimizzare MATISSE e altri strumenti all’avanguardia dell’ESO».

Fonti:

Release: https://www.eso.org/public/italy/news/eso2203/?lang

Nature (February 2022): “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7).

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