Credit: CXC/M.Weiss

Introduzione

Alcuni buchi neri supermassicci lanciano potenti fasci di materiale, o getti, lontano da loro, mentre altri no. Gli astronomi potrebbero ora averne individuato il motivo. Utilizzando i dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, del XMMM-Newton dell’ESA, del satellite tedesco ROentgen SATellite (ROSAT), del Karl G. Jansky Very Large Array dell’NSF, dello Sloan Digital Sky Survey e di altri telescopi, i ricercatori hanno studiato più di 700 quasar per isolare i fattori che determinano il motivo per cui questi buchi neri lanciano questi getti di materia.

L’ingrediente segreto

I getti dei buchi neri supermassicci possono espellere enormi quantità di energia nell’ambiente circostante e influenzare fortemente l’evoluzione del loro ambiente. In precedenza, gli scienziati si erano resi conto che un buco nero supermassiccio deve girare rapidamente per pilotare getti forti – ma non tutti i buchi neri che girano rapidamente hanno getti.

Abbiamo scoperto che c’è un altro fattore determinante per stabilire se un buco nero supermassiccio ha dei getti, qualcosa chiamato buco nero a corona filettato da campi magnetici“, ha detto Shifu Zhu della Penn State University in University Park, Pennsylvania, che ha condotto lo studio. “Se non hai un buco nero a corona che sia luminoso ai raggi X, sembra che tu non abbia potenti getti di buco nero“.

In astronomia, il termine “corona” è comunemente associato all’atmosfera esterna del Sole. Le corone dei buchi neri, invece, sono regioni di gas caldi diffusi che si trovano sopra e sotto un disco di materiale molto più denso che ruota intorno alla voragine gravitazionale. Come la corona intorno al Sole, le corone del buco nero sono filettate con forti campi magnetici.

È come cuocere il pane dove servono pochi ingredienti per seguire con successo la ricetta di una pagnotta“, ha detto il coautore Niel Brandt, anch’egli della Penn State. “I nostri risultati mostrano che un ingrediente di cui non si può fare a meno quando si “fanno” potenti getti quasar è una corona luminosa“.

Sorprendente conclusione

Il team ha ottenuto i risultati ottenendo una migliore comprensione delle emissioni di raggi X dei quasar. Studi precedenti avevano dimostrato che i quasar senza getti mostrano un legame caratteristico tra la forza dei loro raggi X e l’emissione di raggi ultravioletti. Questa correlazione è spiegata dalla luce ultravioletta del disco del buco nero che colpisce le particelle nella corona. L’impulso energetico risultante converte la luce ultravioletta in raggi X.

Nel nuovo studio il team ha scelto di studiare il comportamento dei quasar che hanno dei getti. Hanno trovato una correlazione tra la luminosità dei diversi quasar nei raggi X e la luce ultravioletta che è notevolmente simile a quella dei quasar senza getti. Hanno concluso che l’emissione di raggi X nei quasar a getto è prodotta anche da una corona di buco nero.

Questa conclusione è stata una sorpresa. In precedenza, gli astronomi pensavano che l’emissione di raggi X dei quasar con getti provenisse dalla base dei getti perché i quasar con getti tendono ad essere più luminosi nei raggi X rispetto a quelli senza. Il nuovo studio conferma questa differenza di luminosità, ma conclude che l’emissione di raggi X in più proviene da corone di buco nero più luminose rispetto a quelle dei quasar con getti più deboli o inesistenti.

La constatazione che i raggi X nei quasar con jet provengono da una corona di buco nero, piuttosto che dai jet, mette in discussione 35 anni di riflessione sulla natura di base di questa emissione“, ha detto il co-autore Guang Yang della Texas A&M University in College Station, Texas. “Potrebbe fornire una nuova visione della fisica di questi jet”.

Implicazioni della scoperta

Un’importante implicazione del loro lavoro è che per produrre potenti getti un quasar deve avere una brillante corona del buco nero, filettato da forti campi magnetici, oltre a un buco nero che gira rapidamente. I quasar con corone di buco nero più deboli e campi magnetici più deboli hanno getti meno potenti o inesistenti, indipendentemente dal fatto che i loro buchi neri supermassicci girino o meno rapidamente.

Sia i getti potenti di una quasar che la corona luminosa – che si verificano insieme – possono essere fondamentalmente guidati da campi magnetici“, ha detto Zhu. Campi magnetici più forti possono risultare da un disco più spesso causato da una maggiore velocità di caduta di materia nel buco nero.

Questi risultati sono simili a quelli riscontrati per i buchi neri di massa stellare, che pesano meno di cento volte la massa del Sole, rispetto ai buchi neri supermassicci che pesano milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Questo supporta l’idea che queste due diverse classi di buchi neri possano essere simili in termini di comportamento nonostante le loro dimensioni molto diverse.

Il campione della squadra è costituito da 729 quasar con getti. I dati Chandra, XMM-Newton e ROSAT sono stati utilizzati rispettivamente per 212, 278 e 239 quasar. Le dimensioni e la qualità del campione del team spiegano perché sono stati in grado di scoprire la causa dell’emissione di raggi X.

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