Osservando i raggi X emessi nell’universo dal buco nero supermassiccio al centro di una galassia distante 800 milioni di anni luce, l’astrofisico della Stanford University Dan Wilkins ha notato uno schema intrigante.
Una serie di bagliori luminosi di raggi X – eccitanti, ma non senza precedenti – seguiti da qualcosa di inaspettato: ulteriori lampi di raggi X più piccoli e di “colori” diversi rispetto ai brillamenti.
Secondo la teoria, questi echi luminosi sono coerenti con i raggi X riflessi da dietro il buco nero, un fenomeno controintuitivo rispetto alla comune comprensione dei buchi neri.
“Qualsiasi luce che entra in un buco nero non esce, quindi non dovremmo essere in grado di vedere nulla dietro il buco nero“, ha detto Wilkins, che è un ricercatore presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso Stanford e SLAC National Accelerator Laboratory.
È un’altra strana caratteristica del buco nero, tuttavia, che rende possibile questa osservazione. “Il motivo per cui possiamo vederlo è perché quel buco nero sta deformando lo spazio, piegando la luce e torcendo i campi magnetici attorno a sé“, ha spiegato Wilkins.
Illustrazione di come la luce riecheggia da dietro un buco nero. Credito: ESA
La strana scoperta, dettagliata in un articolo pubblicato il 28 luglio 2021 su Nature, è la prima osservazione diretta di luce proveniente da dietro un buco nero, uno scenario previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein ma mai confermato, fino ad ora.
“Cinquant’anni fa, quando gli astrofisici iniziarono a speculare su come il campo magnetico potesse comportarsi vicino a un buco nero, non avevano idea che un giorno avremmo potuto avere le tecniche per osservarlo direttamente e vedere in azione la teoria della relatività generale di Einstein“, ha detto Roger Blandford, un coautore del documento che è Luke Blossom Professor alla School of Humanities and Sciences e Stanford e professore SLAC di fisica e fisica delle particelle.
Come vedere un buco nero
La motivazione originale alla base di questa ricerca era quella di saperne di più su una misteriosa caratteristica di alcuni buchi neri, chiamata corona. Il materiale che cade in un buco nero supermassiccio alimenta le fonti di luce continue più luminose nell’universo e, mentre lo fa, forma una corona attorno al buco nero. Questa luce, che è la luce dei raggi X, può essere analizzata per mappare e caratterizzare un buco nero.
Animazione che mostra come la luce riecheggia da dietro un buco nero. Credito: ESA
La teoria principale su cosa sia una corona inizia con il gas che scivola nel buco nero dove si surriscalda a milioni di gradi. A quella temperatura, gli elettroni si separano dagli atomi, creando un plasma magnetizzato.
Catturato dalla potente rotazione del buco nero, il campo magnetico si inarca così in alto sopra il buco nero, e ruota così tanto su se stesso, che alla fine si rompe del tutto – una situazione così simile a ciò che accade intorno al nostro Sole che ha preso in prestito il nome “corona”.
“Questo campo magnetico che si lega e poi scatta vicino al buco nero riscalda tutto ciò che lo circonda e produce questi elettroni ad alta energia che poi continuano a produrre i raggi X“, ha spiegato Wilkins.
Mentre Wilkins dava un’occhiata più da vicino per indagare sull’origine di questi jet luminosi raggi X, ha notato una serie di lampi più piccoli. Questi, hanno determinato i ricercatori, sono gli stessi bagliori di raggi X ma riflessi dalla parte posteriore del disco: un primo sguardo al lato opposto di un buco nero.
“Ho costruito previsioni teoriche su come questi echi ci appaiono per alcuni anni“, ha detto Wilkins. “Li avevo già visti nella teoria che stavo sviluppando, quindi una volta che li ho visti nelle osservazioni del telescopio, ho potuto capire la connessione“.
Osservazioni future
La missione di caratterizzare e comprendere le corone continua e richiederà più osservazione. Parte di quel futuro sarà l’osservatorio a raggi X dell’Agenzia spaziale europea, Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics).
Come membro del laboratorio di Steve Allen, professore di fisica a Stanford e di fisica delle particelle e astrofisica allo SLAC, Wilkins sta aiutando a sviluppare parte del rivelatore Wide Field Imager per Athena.
“Ha uno specchio molto più grande di quello che abbiamo mai avuto su un telescopio a raggi X e ci consentirà di ottenere sguardi a risoluzione più elevata in tempi di osservazione molto più brevi“, ha affermato Wilkins. “Quindi, il quadro che stiamo iniziando a ottenere dai dati in questo momento diventerà molto più chiaro con questi nuovi osservatori“.
