Il buco nero supermassiccio M87 “spara” particelle energeticamente cariche al 99% della velocità della luce – video

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.

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Una delle leggi inviolabili della fisica è che nulla può muoversi più velocemente della luce“, ha affermato Brad Snios del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian sui risultati di una nuova ricerca sul getto di particelle ad alta energia emesso del buco nero M87 * in radio, ottica e Luce a raggi x. “Non abbiamo violato la fisica, ma abbiamo trovato un esempio di un fenomeno straordinario chiamato movimento superluminale“.
L’Event Horizon Telescope Collaboration ha rilasciato la prima immagine di un buco nero con osservazioni del massiccio oggetto oscuro al centro di Messier 87, o M87, lo scorso aprile. Il team EHT ha teorizzato che il buco nero M87 sia cresciuto fino alle sue enormi dimensioni fondendosi con molti altri buchi neri.
M87 è la galassia più grande e massiccia dell’universo vicino e si pensa che sia stata formata dalla fusione di circa 100 galassie più piccole. La massa mostruosa del buco nero supermassiccio al suo centro è circa 6,5 ​​miliardi di volte quella del sole e si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra.

Il buco nero M87
La prima immagine di un buco nero supermassiccio, M87, è stata fornita dall’Event Horizon telescope nell’aprile del 2019

Questa è la prima volta che sono state registrate velocità così estreme da un buco nero utilizzando i dati dei raggi X“, ha dichiarato Ralph Kraft del Center of Astrophysics Harvard & Smithsonian (CfA), che ha partecipato all’incontro della American Astronomical Society ad Honolulu. “Avevamo bisogno della visione a raggi X nitida di Chandra per effettuare queste misurazioni
Per anni, gli astronomi hanno osservato le radiazioni del getto di particelle ad alta energia – alimentate dal buco nero – che esplodevano dal centro di M87 *. Hanno studiato il jet in radio, ottica e luce a raggi X, anche con Chandra. E ora, usando le osservazioni di Chandra, i ricercatori hanno visto che sezioni del getto si muovono quasi alla velocità della luce.
Quando la materia si avvicina abbastanza a un buco nero, entra in un sistema vorticoso chiamato disco di accrescimento. Parte del materiale proveniente dalla parte interna del disco di accrescimento cade nel buco nero e parte di esso viene reindirizzato all’esterno dal buco nero sotto forma di fasci stretti o getti di materiale lungo le linee del campo magnetico. Poiché questo processo di caduta è irregolare, i getti sono fatti di grumi o nodi che a volte possono essere identificati con Chandra e altri telescopi.
M87 Jet
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. (Credito: NASA / CXC / SAO / B. Snios et al.)

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.
Gli astronomi avevano precedentemente visto un tale movimento nel getto di M87 * alle lunghezze d’onda radio e ottiche, ma non sono stati in grado di dimostrare definitivamente che la materia nel getto si sta muovendo molto vicino alla velocità della luce. Ad esempio, le caratteristiche in movimento potrebbero essere un’onda o uno shock, simile a un boom sonico proveniente da un piano supersonico, piuttosto che tracciare i movimenti della materia.
Quest’ultimo risultato mostra la capacità dei raggi X di agire come un’accurata pistola a velocità cosmica. Il team ha osservato che la funzionalità che si muoveva con una velocità apparente di 6,3 volte la velocità della luce si è sbiadita di oltre il 70% tra il 2012 e il 2017. Questo sbiadimento è stato probabilmente causato dalla perdita di energia delle particelle a causa della radiazione prodotta mentre si muovono a spirale attorno a un campo magnetico. Perché ciò avvenga, il team deve vedere i raggi X dalle stesse particelle in entrambe le occasioni e non un’onda in movimento.
 

Il nostro lavoro fornisce la prova più forte che le particelle nel getto di M87 * stanno effettivamente viaggiando vicino al limite di velocità cosmica“, ha detto Snios.
I dati Chandra sono un complemento eccellente ai dati di 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 M87 * per sei giorni nell’aprile 2017, producendo la famosa istantanea del buco nero. Le osservazioni di Chandra indagano sul materiale espulso all’interno del getto lanciato dal buco nero centinaia e migliaia di anni prima.
È come se Event Horizon Telescope stesse dando una visione ravvicinata di un lanciarazzi“, ha dichiarato Paul Nulsen del CfA, un altro coautore dello studio, “e Chandra ci sta mostrando i razzi in volo“.
Oltre a essere presentati alla riunione dell’AAS, questi risultati sono anche descritti in un articolo su The Astrophysical Journal che è disponibile online.
Fonte: Bradford Snios et al. Detection of Superluminal Motion in X-Ray Jet of M87 , The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab2119