Immagine artistica che mostra i radio telescopi da terra e dallo spazio coinvolti nelle osservazioni di Ngc 1275, la galassia centrale dell’ammasso galattico di Perseo, a una distanza di circa 250 milioni di anni luce. L’immagine radio ottenuta mostra il getto in formazione che si estende per 3 anni luce. Il buco nero centrale si trova all’interno della zona brillante in alto nell’immagine. Crediti: Pier Raffaele Platania Inaf/Ira; Asc Lebedev Institute
Ha una crescita impetuosa e sin dai suoi primi “vagiti”, captati nella banda radio nel 2003, ha catalizzato l’attenzione dagli astronomi. Oggi, un gruppo di ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), all’interno di una vasta collaborazione internazionale, ha ottenuto immagini di alta qualità e dettaglio del giovane getto relativistico proveniente dalla sorgente radio nota con la sigla 3C 84, grazie a osservazioni combinate con strumenti a terra e nello spazio. Si tratta di una potente espulsione di plasma elettromagnetico proveniente da un buco nero supermassiccio al centro di Ngc 1275, una galassia ellittica gigante che si trova a circa 250 milioni di anni luce da noi, nell’Ammasso di Perseo, identificata con la potente sorgente radio 3C 84.
Buchi neri con una massa pari a diversi miliardi di volte quella del Sole sono presenti al centro delle galassie giganti. Da tempo è noto che da questi enormi buchi neri vengono lanciati getti di plasma con velocità molto vicine a quella della luce, che si estendono oltre le dimensioni della galassia, nello spazio circostante. Come questi getti altamente energetici si formino e quale sia il meccanismo in grado di lanciarli a cosi alta velocità e distanza è tutt’ora un mistero. La difficoltà maggiore è riuscire a ottenere immagini della regione vicina al buco nero, dove si forma il getto, per studiarne le caratteristiche e confrontarle con i modelli teorici ottenuti con i potenti calcolatori oggi a disposizione.
Grazie all’utilizzo contemporaneo di antenne da terra con quella sul satellite russo RadioAstron, un gruppo di ricerca internazionale appartenente a otto diverse nazioni ha ottenuto immagini con una elevatissima risoluzione angolare che permette di studiare il getto radio di 3C 84 con dettagli dieci volte migliori di quelli ottenibili usando solo le antenne da terra. Nello specifico, l’esperimento ha coinvolto oltre all’antenna in orbita nello spazio, 29 radiotelescopi da terra, tra cui le stazioni gestite dall’Inaf a Medicina (vicino Bologna) e a Noto (in provincia di Siracusa).
«Il risultato è stato sorprendente. Il getto è risultato essere trasversalmente esteso e molto più largo di quanto previsto dagli attuali modelli teorici. Questo dato fa ipotizzare due cause: un’espansione iniziale molto forte e difficile da giustificare teoricamente, oppure che la parte esterna del getto non abbia origine nel buco nero ruotante bensì nel disco di accrescimento che lo circonda», ha detto Gabriele Giovannini, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e Università di Bologna, primo autore dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy.
«Questo getto così esteso viene poi confinato in una struttura quasi cilindrica ed accelerato fino a raggiungere una velocità vicina a quella della luce», ha aggiunto Tuomas Savolainen della Aalto University in Finlandia, coordinatore del Radioastron observing project. Ciò è profondamente diverso da quanto ci si aspetta e che avviene ad esempio in M87 (Virgo A), un’altra radio galassia dove le proprietà del getto radio sono note con grande dettaglio. La differenza può essere spiegata da una forte differenza nell’età tra i due getti.
«Il getto che stiamo studiando è stato visto ‘nascere’ nel 2003, è un getto ‘bambino’ in forte crescita e ancora non in equilibrio. Le osservazioni presentate qui risalgono al 2013, quindi stiamo studiando un getto di soli 10 anni di età. Abbiamo quindi un’opportunità unica per vedere come nasce e cresce una simile struttura cosmica», ha spiegato Masanori Nakamura dell’Accademia Sinica a Taiwan. «In particolare il getto appare come un tubo vuoto: l’emissione maggiore viene dalle pareti esterne. Questa proprietà, già nota in altri oggetti ma non così vicino al buco nero centrale, può essere dovuta a effetti relativistici o a una maggiore densità di elettroni nelle regioni esterne. Entrambi i motivi non erano stati previsti in regioni così vicine al buco nero centrale», ha specificato Giovannini.
Parte della rete mondiale di radiotelescopi coinvolti nell’osservazione della sorgente. Crediti: Paul Boven. Per l’immagine satellitare della Terra: Blue Marble Next Generation, cortesia NASA Visible Earth
L’Italia ha una posizione di rilievo nella collaborazione con il satellite RadioAstron dell’Agenzia Spaziale Russa grazie al massiccio appoggio fornito dalle stazioni radioastronomiche Inaf di Medicina e Noto. L’antenna in orbita ha un diametro di 10 metri e quando osserva in contemporanea con le antenne da terra permette di ottenere immagini che rivelano dettagli come se avessimo a disposizione una antenna di 350.000 km di diametro, un record nella storia dell’astronomia.
La stazione di Medicina nel 2017 ha effettuato 177 esperimenti con RadioAstron pari a circa 210 ore di osservazione e lo stesso si può dire per l’antenna di Noto. Gabriele Giovannini conclude: «La guida italiana di questo studio non sarebbe stata possibile senza la rilevanza che l’Italia ha in questo campo per meriti scientifici supportati nel campo strumentale dalla elevata qualità delle antenne di Medicina e Noto».
Proprio Noto dal 14 al 18 maggio ospiterà un congresso internazionale sponsorizzato dalla International Astronomical Union (IAU) a cui parteciperanno oltre 150 ricercatori provenienti da tutti i maggiori enti di ricerca e università internazionali, per presentare e discutere tutti i più recenti risultati su 3C 84 ottenuti con osservazioni radio, ottiche, X e Gamma.
Per saperne di più:
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Astronomy nell’articolo “A wide and collimated radio jet in 3C 84 on a scale of a few hundred gravitational radii”, di G. Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna / INAF – Istituto di Radioastronomia) et al. Nel team hanno partecipato altri ricercatori dell’INAF – Istituto di Radioastronomia: Monica Orienti, Marcello Giroletti, Filippo D’Ammando, Rocco Lico e Gabriele Bruni (quest’ultimo anche per INAF – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali).