I jet lontani ci stanno dando indizi su come i buchi neri supermassicci diventino così grandi

Rappresentazione artistica di un getto radiofonico che emana da un buco nero supermassiccio. ESO/M. kornmesser

Al centro di ogni galassia c'è un buco nero supermassiccio, un mostro che tiene insieme il vicinato di stelle e pianeti, gas e polvere. Nel corso dei decenni da quando gli astronomi hanno iniziato a studiarli seriamente, abbiamo confermato che questi oggetti esistono davvero; abbiamo imparato che sono probabilmente essenziali per aiutare a formare le stelle; e abbiamo anche ha sviluppato una tecnica per l'imaging diretto . Tuttavia, una grande domanda ha lasciato perplessi gli astronomi: come fanno queste bestie a crescere così massicce, così rapidamente?

La chiave potrebbe risiedere nei getti astrofisici: esplosioni di particelle energizzate e radiazioni che occasionalmente eruttano buchi neri supermassicci. Non sappiamo esattamente perché lo facciano, ma due nuovi studi da record dello stesso team internazionale di astronomi suggeriscono che qualunque sia la causa, questi getti potrebbero aiutare a crescere i buchi neri supermassicci.

Il primo ritrovamento, riportato nell'Astrophysical Journal , è la scoperta di un buco nero supermassiccio a 13 miliardi di anni luce di distanza, 300 volte più massiccio del sole. Gli astronomi hanno utilizzato le osservazioni a infrarossi del telescopio Magellan all'Osservatorio di Las Campanas in Cile per confermare che si tratta della fonte di un getto rilevato per la prima volta nel 2015. Questo buco nero supermassiccio è ora il buco nero più distante (cioè il più antico) mai prodotto da jet. rilevato.

Il secondo, in uno studio preliminare che sarà presto pubblicata sull'Astrophysical Journal, è la scoperta di un getto astrofisico proveniente da un buco nero supermassiccio distante 12,7 miliardi di anni luce e oltre un miliardo di volte più massiccio del Sole, scoperto per la prima volta nel 2018. Il team ha utilizzato Chandra X della NASA -ray Observatory, che cerca le emissioni di raggi X da oggetti molto caldi nell'universo, per fare queste osservazioni. È il getto astrofisico più distante mai osservato ai raggi X.

Ogni serie di risultati infrange alcuni record di astronomia esoterica, ma non è per questo che sono un grosso problema. Entrambi aiutano a spiegare perché i buchi neri supermassicci sono in grado di crescere così rapidamente anche se rilasciano costantemente materia ad alta energia. Ciò che il team ha trovato è la prima prova del suo genere che i jet effettivamente incoraggiare la rapida alimentazione di un buco nero.

Nella prima indagine, dopo che Magellan ha confermato l'esistenza del buco nero, il team ha utilizzato altri strumenti, come il Very Large Telescope in Cile, per discernere altre proprietà del buco nero e del suo getto, come la massa.

I dati aggiuntivi dimostrano come i getti incoraggiano l'alimentazione. L'intensa forza gravitazionale del buco nero sta cercando di attirare enormi quantità di gas e polvere nel suo orizzonte degli eventi (il punto di non ritorno). Questa materia ha momento angolare, il che significa che non si limita a cadere direttamente all'interno, ma orbita attorno all'orizzonte degli eventi. Nel frattempo, la pressione di radiazione nell'area (creata dall'attrito e dallo stress nel disco di materia orbitante che si riscalda fino a diventare incandescente) continua a spingere il gas lontano dall'orizzonte degli eventi.

Quello che succede è un po' complesso, ma essenzialmente il raggio di particelle altamente energizzate del getto sottrae momento angolare al gas mentre si muove verso l'esterno. E a differenza della pressione della radiazione, che brilla e si spinge in tutte le direzioni, il getto è stretto, quindi è a malapena in grado di interagire e influenzare gli strati meno densi di gas più lontani. Con un modo in cui il gas perde momento angolare con un piccolo pushback, gran parte del gas che circonda l'orizzonte degli eventi cade semplicemente dentro.

In questo modo, il getto assicura che il buco nero non stia lavorando attivamente contro se stesso: è in grado di continuare a nutrirsi, afferma Thomas Connor, astronomo della NASA e coautore di entrambi gli articoli. Sebbene gli scienziati abbiano sospettato che i getti possano svolgere un ruolo nell'incoraggiare il processo di alimentazione, fino ad ora non abbiamo visto prove convincenti per questo, dice.

Lo studio a raggi X rafforza questa idea. Queste osservazioni hanno rivelato che il getto ha viaggiato a 150.000 anni luce di distanza dalla sua sorgente, rendendola la prima osservazione a raggi X di getti più lunghi di poche migliaia di anni luce. Questo rilevamento di raggi X su larga scala significa che abbiamo avuto questi getti in funzione per periodi di tempo incredibilmente lunghi, afferma Connor. Non sono semplicemente segnali transitori, ma sono stati sostenuti per centinaia di migliaia di anni, abbastanza tempo per aiutare effettivamente un buco nero supermassiccio a nutrirsi e crescere molto rapidamente. Ora sappiamo che questo è un processo a lungo termine, ed è così che questi getti sono effettivamente in grado di aiutare questi buchi neri supermassicci ad accumularsi, dice. Questo è il pezzo mancante che collega 15 anni di teoria a dove siamo ora.

Entrambi gli studi aiutano a gettare le basi per risultati di follow-up che potrebbero aiutarci a saperne di più su come i buchi neri supermassicci si sono evoluti e hanno contribuito a plasmare l'universo primordiale. Ora abbiamo un'idea migliore di come cercare i buchi neri di tempi così antichi, oltre a comprendere che più osservazioni ai raggi X potrebbero essere fondamentali per apprendere come funziona la dinamica del jet-feeding.

Per Connor, queste osservazioni aggiuntive saranno la chiave. Ed è abbastanza incoraggiato dopo l'uno-due di questa settimana. Si spera che la scoperta indichi che ci siano molti altri di questi oggetti là fuori, dice, e spero di poter battere di nuovo il record di distanza abbastanza presto.

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