Scienziati scoprono insolita proprietà dei buchi neri

Il VLTI (Interferometro del Very Large Telescope) dell’ESO ha raccolto le più dettagliate osservazioni mai fatte alla polvere che circonda l’enorme buco nero al centro di una galassia attiva. Invece di trovare la polvere incandescente disposta in un toroide a forma di ciambella intorno al buco nero, come si aspettavano, gli astronomi ritengono che la gran parte della polvere si trovi al di sopra e al di sotto del toroide. Queste osservazioni mostrano che la polvere viene spinta via dal buco nero sotto forma di vento freddo – una scoperta sorprendente che sfida le teorie correnti e ci dice come i buchi neri supermassicci evolvono e come interagiscono con l’ambiente circostante.
Negli ultimi vent’anni gli astronomi hanno scoperto che quasi tutte le galassie ospitano un enorme buco nero al centro. Alcuni di questi buchi neri crescono attirando materia dai dintorni e creando, in questo processo, gli oggetti più energetici di tutto l’Universo: i nuclei galattici attivi (o AGN dall’inglese Active Galactic Nuclei). Le regioni centrali di queste brillanti centrali energetiche sono circondate da ciambelle di polvere cosmica [1] trascinata dallo spazio circostante, in modo simile a come si formano i piccoli vortici d’acqua nello scarico di un lavandino. Si pensava che la maggior parte dell’elevata radiazione infrarossa proveniente dagli AGN avesse origine in queste ciambelle.
Ma le nuove osservazioni della vicina galassia attiva NGC 3783, che hanno sfruttato la potenza dell’Interferometro del VLT (VLTI) dell’Osservatorio del Paranal dell’ESO in Cile [2], hanno sorpreso gli astronomi. Anche se la polvere calda – da 700 a 1000 gradi centigradi – forma davvero un toroide come previsto, ci sono enormi quantità di polvere più fredda al di sopra e al di sotto di questo toro principale [3].
Come spiega Sebastian Hönig (University of California Santa Barbara, USA e Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germania), primo autore dell’articolo che presenta i nuovi risultati: “Questa è la prima volta in cui siamo stati in grado di combinare osservazioni dettagliate nel medio infrarosso della polvere fredda, a temperatura ambiente, che circonda l’AGN con osservazioni altrettanto dettagliate della polvere molto calda. Questo è anche il campione più grande finora pubblicato di osservazioni interferometriche infrarosse di un AGN”. La polvere appena scoperta forma un vento freddo che si allontana dal buco nero. Questo vento deve svolgere un ruolo importante nella complessa relazione tra il buco nero e il suo ambiente. Il buco nero alimenta il suo appetito insaziabile con il materiale che lo circonda, ma la radiazione intensa che produce sembra soffiare via il materiale. Non è chiaro ancora come questi due processi funzionino insieme e permettano ai buchi neri supermassicci di crescere ed evolvere all’interno delle galassie, ma la presenza di un vento di polvere aggiunge un nuovo tassello al rompicapo.
Per poter indagare le regioni centrali di NGC 3783, gli astronomi devono usare la potenza combinata delle UT del VLT (Very Large Telescope) dell’ESO. Usando i vari telescopi insieme si compone un interferometro che raggiunge una risoluzione equivalente a quella di un telescopio di 130 metri di diametro.
Un altro membro dell’equipe, Gerd Weigelt (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germania) spiega: “Combinando la sensibilità di prima classe dei grandi specchi del VLT per mezzo dell’interferometria siamo in grado di raccogliere abbastanza luce per osservare oggetti deboli. Questo ci permette di studiare una regione piccola come la distanza tra il Sole e la stella più vicina, in una galassia a decine di milioni di anni luce da noi. Nessun altro sistema ottico o infrarosso al mondo è in grado oggi di fare altrettanto.”
Queste nuove osservazioni potrebbero portare a un mutamento di paradigma nella nostra comprensione degli AGN, poichè sono prova diretta che la polvere venga spinta via dall’intensa radiazione. I modelli della distribuzione della polvere e della crescita ed evoluzione dei buchi neri devono ora tener conto di questo effetto appena scoperto.
Hönig conclude: “Non vedo l’ora che arrivi MATISSE, che ci permetterà di combinare tutti e quattro i telescopi (UT) del VLT e osservare simultaneamente nell’infrarosso vicino e medio – dandoci così dati molto più dettagliati”. MATISSE, uno strumento di seconda generazione per il VLTI, è attualmente in costruzione.
Note
[1] La polvere cosmica è formata da grani di silicati e grafite – minerali abbondanti anche sulla Terra. La fuliggine di una candela è molto simile alla polvere cosmica di grafite, anche se i grani della fuliggine sono almeno dieci volte più grandi della dimensione tipica dei grani di grafite cosmica.
[2] Il VLTI è formato da una combinazione dei quattro UT (Unit Telescope) da 8,2 metri del VLT o dei quattro AT (Auxiliary Telescope) mobili da 1,8 metri. Sfrutta una tecnica nota come interferometria, in cui strumenti sofisticati combinano la luce di diversi telescopi in un’unica osservazione. Anche se di solito non produce immagini, questa tecnica migliora notevolmente il livello di dettaglio che si può misurare nelle osservazioni risultanti, paragonabile a quello di un telescopio spaziale con un diametro di più di 100 metri.
[3] La polvere più calda è stata studiata con lo strumento AMBER del VLTI a lunghezze d’onda del vicino infrarosso, mentre le nuove osservazioni qui riportate fanno uso dello strumento MIDI a lunghezze d’onda tra 8 e 13 micron, nel medio infrarosso.
Ulteriori Informazioni
Questo lavoro è stato descritto nell’articolo intitolato “Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei”, di S. Hönig et al., pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal il 20 giugno 2013.