La missione IXPE della NASA ha osservato un blazar altamente energetico dritto verso la Terra. Per quanto spaventoso sia questo evento cosmico, si trova a una distanza molto sicura di circa 400 milioni di anni luce.
I buchi neri supermassicci che si stanno alimentando attivamente, sono circondati da dischi vorticosi di materia chiamati dischi di accrescimento che li alimentano gradualmente nel tempo. Parte del materiale che non ingoiano viene quindi incanalato verso i loro poli, dove viene successivamente espulso a una velocità prossima alla luce, o relativistica. Questo crea radiazioni elettromagnetiche altamente energetiche ed estremamente luminose. In alcuni casi, come con l’ultima musa della NASA, quel getto è puntato dritto verso la Terra.
Questi eventi sono noti come blazar.
Questo blazar, designato Markarian 421 e situato nella costellazione dell’Orsa Maggiore, è stato osservato con l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA, lanciato nel dicembre 2021. IXPE ha osservato una proprietà del campo magnetico chiamata polarizzazione, che si riferisce ai campi ‘orientamento. La polarizzazione del getto espulso da Markarian 421 è stata una sorpresa per gli astronomi, mostrando che la parte del getto in cui le particelle vengono accelerate ospita anche un campo magnetico con una struttura elicoidale.
I getti Blazar possono estendersi nello spazio per milioni di anni luce, ma i meccanismi che li lanciano non sono ancora ben compresi. Tuttavia, queste nuove scoperte che circondano il getto di Markarian 421 potrebbero far luce su questo estremo fenomeno cosmico.
“Eravamo sicuri che il blazar sarebbe stato un obiettivo utile per IXPE, ma le sue scoperte sono andate oltre le nostre migliori aspettative, dimostrando con successo come la polarimetria a raggi X arricchisce la nostra capacità di sondare la complessa geometria del campo magnetico e l’accelerazione delle particelle in diverse regioni dei getti relativistici”, ha dichiarato in una nota la ricercatrice capo dietro la scoperta e l’astrofisica dell’Agenzia Spaziale Italiana, Laura Di Gesu.
La struttura contorta dei getti blazar
Il motivo principale per cui i getti che alimentano i buchi neri supermassicci sono così luminosi è che le particelle che si avvicinano alla velocità della luce emettono enormi quantità di energia e si comportano secondo la fisica della teoria della relatività speciale di Einstein.
I getti Blazar ottengono anche un ulteriore impulso a tale luminosità poiché il loro orientamento verso di noi fa sì che le lunghezze d’onda della luce associate ai loro getti si “accumulino”, aumentando sia le loro frequenze che le loro energie. Questo è simile al modo in cui le onde sonore della sirena di un’ambulanza in avvicinamento “si accumulano” per provocare un aumento della frequenza che la rende più acuta.
Come risultato di questi due effetti, i blazar possono spesso eclissare la luce combinata di ogni stella nelle galassie che li ospitano. E ora, IXPE ha usato quella luce per dipingere un’immagine della fisica in corso nel cuore del getto di Markarian 421 e persino identificare il punto di origine del raggio luminoso.
In precedenza, i modelli di getti blazar avevano lasciato intendere che sono accompagnati da campi magnetici elicoidali, quasi come il DNA nelle cellule viventi, tranne che a filamento singolo piuttosto che doppio. Ciò che non era previsto, tuttavia, era il fatto che l’elica magnetica avrebbe ospitato aree in cui le particelle vengono accelerate.
“Avevamo previsto che la direzione della polarizzazione potesse cambiare, ma pensavamo che le grandi rotazioni sarebbero state rare, sulla base di precedenti osservazioni ottiche di molti blazar, con la prima che mostrava una polarizzazione costante del 15%”, ha detto il coautore della ricerca e fisico del Massachusetts Institute of Technology, Herman Marshal.
Ancora più sorprendentemente, l’analisi dei dati di IXPE ha mostrato che la polarizzazione del getto è scesa allo 0% tra la prima e la seconda osservazione. Questo ha mostrato alla squadra che il campo magnetico stava girando come un cavatappi.
“Abbiamo riconosciuto che la polarizzazione era in realtà più o meno la stessa, ma la sua direzione ha letteralmente fatto un’inversione a U, ruotando di quasi 180 gradi in due giorni”, ha detto Marshall. “Ci ha poi sorpreso di nuovo durante la terza osservazione, iniziata il giorno dopo, osservare la direzione della polarizzazione che continuava a ruotare alla stessa velocità”, ha aggiunto.
Durante queste manovre, le misurazioni della radiazione elettromagnetica sotto forma di luce ottica, infrarossa e radio non hanno mostrato alcun effetto sulla stabilità e sulla struttura del getto stesso, anche quando le emissioni di raggi X sono cambiate. Ciò implicava un’onda d’urto che viaggiava lungo il campo magnetico ritorto da Markarian 421.
Un accenno di un tale fenomeno è stato visto una volta nel getto di un altro blazar testimoniato da IXPE, Markarian 501, ma le nuove scoperte del team rappresentano una prova più chiara che un campo magnetico elicoidale contribuisce effettivamente a un’onda d’urto che sta accelerando le particelle del getto a velocità relativistiche.
Il team dietro il lavoro intende continuare a studiare Markarian 421 e identificare altri blazar per trovarne alcuni con qualità simili nel tentativo di rivelare un meccanismo che alimenta i deflussi estremi e luminosi caratteristici di questi fenomeni.
“Grazie a IXPE, questo è un momento entusiasmante per gli studi sui getti astrofisici”, ha concluso Di Gesu.
Fonte: Nature Astronomy
