Rilevato un buco nero che emette un getto primordiale ultra-potente

Un nuovo studio condotto dall’osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha rivelato un getto emesso da un buco nero con una potenza inaspettata, risalente a un’epoca così primordiale del cosmo da essere illuminato dal bagliore residuo del Big Bang.

Scoperto un getto di buco nero sorprendentemente potente nell’Universo remoto

Gli astronomi hanno utilizzato Chandra e il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) per analizzarne il suo getto in un periodo definito “mezzogiorno cosmico“, circa tre miliardi di anni dopo l’origine dell’universo. Durante questa fase, la maggior parte delle galassie e dei buchi neri supermassicci manifestava tassi di crescita superiori a qualsiasi altro momento nella storia cosmica.

L’immagine principale accompagna il concetto, presentando un’illustrazione artistica che raffigura la materia in un disco mentre precipita verso un buco nero supermassiccio. Un getto si irradia dal esso verso l’angolo superiore destro, come rilevato da Chandra nello studio.

Si trova a una distanza di 11,6 miliardi di anni luce dalla Terra, un’epoca in cui la radiazione cosmica di fondo (CMB), ovvero il bagliore residuo del Big Bang, era considerevolmente più densa di quanto lo sia oggi. Mentre gli elettroni all’interno dei getti si allontanano dal buco nero, essi attraversano il “mare” di radiazione CMB, collidendo con i fotoni delle microonde. Queste collisioni incrementano l’energia dei fotoni fino a portarla nella banda dei raggi X (visualizzati in viola e bianco), consentendo a Chandra di rilevarli anche a questa immensa distanza, come mostrato nel riquadro.

I ricercatori hanno, infatti, identificato e successivamente confermato l’esistenza di due distinti buchi neri che emettono getti estesi per oltre 300.000 anni luce. I due buchi neri sono posizionati rispettivamente a 11,6 miliardi e 11,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Le particelle presenti in uno dei getti (denominato J1405+0415) si muovono a una velocità compresa tra il 95% e il 99% di quella della luce, mentre nell’altro getto (J1610+1811) la velocità delle particelle è tra il 92% e il 98% di quella della luce. Il getto proveniente da J1610+1811 si è rivelato straordinariamente potente, veicolando circa la metà dell’energia emessa dall’intensa luce del gas caldo che orbita attorno.

Il ruolo cruciale del Chandra e del CMB

Il team di astronomi è riuscito a rilevare questi getti, nonostante le loro immense distanze e la ridotta separazione dai buchi neri supermassicci in rapida crescita e luminosità, noti come quasar. Questo successo è stato possibile grazie alla nitida visione a raggi X del telescopio Chandra e al fatto che la radiazione cosmica di fondo (CMB) era molto più densa nell’Universo Primordiale rispetto a oggi, intensificando l’aumento di energia descritto in precedenza.

Quando i getti dei quasar raggiungono velocità prossime a quella della luce, la teoria della relatività speciale di Einstein produce un effetto di luminosità spettacolare. I getti orientati verso la Terra appaiono significativamente più brillanti rispetto a quelli che puntano in direzioni diverse. Questa luminosità osservata dagli astronomi può derivare da una vasta gamma di combinazioni tra la velocità del getto e l’angolo di osservazione. Ad esempio, un getto che si muove a una velocità prossima a quella della luce ma angolato lontano dalla Terra può apparire altrettanto luminoso di un getto più lento puntato direttamente verso il nostro pianeta.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo statistico che ha finalmente permesso di risolvere la complessa sfida di distinguere gli effetti della velocità da quelli dell’angolo di visione. Il loro approccio riconosce un pregiudizio fondamentale: gli astronomi hanno maggiori probabilità di rilevare getti orientati verso la Terra semplicemente perché gli effetti relativistici ne amplificano la luminosità apparente. Per compensare questo bias, hanno incorporato una distribuzione di probabilità modificata, che considera il modo in cui i getti con diverse orientazioni vengono individuati nelle osservazioni.

I segreti dei getti cosmici

Il team di ricercatori ha sviluppato un innovativo metodo per analizzare i getti dei buchi neri. Hanno iniziato applicando i principi fisici della dispersione della radiazione cosmica di fondo (CMB) da parte delle particelle dei getti, riuscendo così a stabilire la relazione tra la velocità del getto e il suo angolo di osservazione. Successivamente, anziché assumere una distribuzione uniforme degli angoli, hanno applicato l’effetto di selezione relativistica: i getti diretti verso la Terra (quelli con angoli più piccoli) appaiono più luminosi e sono, di conseguenza, sovrarappresentati nei nostri cataloghi.

Eseguendo diecimila simulazioni che combinano questa distribuzione “distorta” con il loro modello fisico, sono riusciti a determinare gli angoli di osservazione più probabili per i getti studiati: circa 9 gradi per J1405+0415 e 11 gradi per J1610+1811.

Questi importanti risultati sono stati presentati da Jaya Maithil, del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, durante il 246° meeting dell’American Astronomical Society tenutosi ad Anchorage, in Alaska. Il programma Chandra è gestito dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, mentre il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory supervisiona le operazioni scientifiche da Cambridge, in Massachusetts, e quelle di volo da Burlington, in Massachusetts.

Per maggiori informazioni, visita il sito della NASA.