Il buco nero di M87 spara getti relativistici a velocità record

Dalla galassia M87 che ha regalato al mondo la prima foto di un buco nero, fuoriescono getti di plasma a velocità prossime a quella della luce.

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Il cuore di M87 in una foto di Hubble nella luce visibile e infrarossa: in blu è chiaramente visibile un getto di plasma. | Hubble Space Telescope

Il protagonista dell'immagine scientifica simbolo del 2019 - il buco nero nella galassia M87 - emette getti di materiale che viaggiano a velocità prossime a quella della luce: è quanto emerge dall'osservazione continuata del mostro celeste (6,5 volte più massiccio del Sole) con la "vista" ai raggi X del telescopio spaziale Chandra.

 

Velocità (quasi) impossibili. La galassia ellittica supergigante M87 (anche conosciuta come Virgo A o NGC 4486) si estende per 240 mila anni luce a 53 milioni di anni luce da noi. Il buco nero supermassiccio che si nasconde al suo interno - M87*, di cui abbiamo osservato l'ombra - emette getti di plasma estremamente energetici, i getti relativistici, che si estendono anche per 5000 anni luce.

 

Queste eiezioni di materiale sono state osservate, negli anni, nella luce visibile, con i radiotelescopi e ai raggi X. Ora un approfondito studio ai raggi X durato cinque anni e realizzato con Chandra rivela che i getti raggiungono velocità record, in certi tratti maggiori del 99% della velocità della luce. Mai prima d'ora, nonostante la popolarità di M87*, era stato possibile determinare la velocità del materiale espulso con tanta precisione: al contrario degli altri tipi di osservazioni astronomiche, quelle ai raggi X permettono infatti di studiare nel dettaglio il movimento del plasma e la sua perdita di energia nel corso del tempo. La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal.

La galassia M87 in un'immagine-studio di Chandra: il riquadro mostra la probabile posizione del getto relativistico studiato. | NASA/CXC

Illusione di velocità. Il materiale attratto dai buchi neri come quello al centro di M87 si accumula in un disco di accrescimento che gli orbita attorno. Ma non è per forza condannato a finire risucchiato: parte di questo esso viene rigettato verso lo Spazio esterno in forma di getti o di raggi che si collocano lungo le linee di campo magnetico del buco nero stesso. Poiché questo processo non avviene in modo omogeneo e regolare, in questi getti si formano "nodi", ossia grumi di materiale più luminoso che risultano più facilmente visibili ai telescopi.

 

Chandra ha studiato due di questi nodi, rispettivamente a 900 e 2500 anni luce dal buco nero M87*. Dai dati ai raggi X sembrava che questi viaggiassero a velocità "impossibili": uno a 6,3 e uno a 2,4 volte la velocità della luce. Ma poiché sappiamo che nulla può muoversi a una velocità superiore quella della luce, siamo in presenza di un fenomeno noto come moto superluminale: un effetto apparente, un'illusione, che si genera quando un oggetto (in questo caso il getto relativistico) si muove a una velocità prossima a quella della luce, puntando però verso di noi, cioè  formando un angolo molto piccolo con la linea di vista.

 

Il getto di materiale si muove quasi velocemente quanto la luce che genera: la luce impiegherà meno tempo a raggiungere la Terra, perché l'oggetto nel frattempo si è molto avvicinato a noi. Di conseguenza, finiremo per sovrastimare la velocità apparente della luce.

 

Lavoro di squadra. Nella campagna di osservazioni effettuata tra il 2012 e il 2017 Chandra ha notato che il nodo più veloce tra i due si era affievolito del 70% dall'inizio dello studio al suo compimento: una flessione dovuta alla perdita di energia delle particelle nel tempo. Secondo gli scienziati, le osservazioni di Chandra e dell'EHT sono complementari: il primo ha studiato l'orizzonte degli eventi attorno al buco nero M87* nell'arco di sei giorni, mentre Chandra ha analizzato materiale espulso centinaia, forse migliaia di anni prima. «È come se l'Event Horizon Telescope desse una visuale ravvicinata di una piattaforma di lancio e Chandra ci mostrasse invece i razzi in volo» commentano gli autori dello studio.

 

17 gennaio 2020 | Elisabetta Intini