Gli astronomi hanno catturato la prima immagine a luce polarizzata dei campi magnetici che circondano Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. La storica osservazione effettuata con l’Event Horizon Telescope (EHT) ha rivelato che i campi magnetici ben ordinati hanno somiglianze con il buco nero supermassiccio M87*. Il dato è sorprendente visto Sgr A* ha una massa pari a circa 4,3 milioni di volte quella del Sole, mentre M87* ha una massa equivalente a circa 6,5 miliardi di soli.
La nuova osservazione EHT di Sgr A*, quindi, suggerisce che campi magnetici forti e ben organizzati potrebbero essere comuni a tutti i buchi neri. Inoltre, poiché i campi magnetici di M87* guidano potenti deflussi o getti, i risultati suggeriscono che Sgr A* potrebbe avere un suo getto nascosto e debole. “Questa nuova immagine di Sgr A*, ci dice che vicino al buco nero ci sono campi magnetici forti, contorti e ordinati”, Sara Issaoun, co-leader della ricerca pubblicata su The Astrophysical Journal (rif.)
“I campi magnetici svolgano un ruolo chiave nel modo in cui i buchi neri alimentano ed espellono la materia in potenti getti. Questa nuova immagine, confrontata alla struttura vista nel buco nero M87*, mostra che campi magnetici forti e ordinati sono fondamentali per il modo in cui i buchi neri interagiscono con il gas e la materia che li circonda”.
Il significato della luce polarizzata
L’EHT è composto da molti telescopi in tutto il mondo. Tra questi l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), che unendosi formano un telescopio delle dimensioni della Terra. Nel 2017, l’EHT ha catturato la prima immagine di un buco nero, riprendendo M87* situato a circa 53,5 milioni di anni luce da noi. Due anni dopo la collaborazione EHT ha rivelato ancora una volta il primo sguardo alla luce polarizzata attorno a M87*.
La polarizzazione avviene quando le onde della luce sono dirette secondo un angolo particolare. I campi magnetici generati dal plasma che ruota attorno ai buchi neri polarizzano la luce con un angolo di 90° rispetto a se stessi. Ciò significa che l’osservazione della polarizzazione attorno a M87* ha permesso agli scienziati di osservare per la prima volta i campi magnetici attorno a un buco nero. Ora, l’EHT ha finalmente fornito agli scienziati un’immagine della luce polarizzata e, quindi, dei campi magnetici attorno al nostro buco nero supermassiccio Sagittarius A*.
“La luce polarizzata ci insegna sui campi magnetici, sulle proprietà del gas e sui meccanismi che avvengono quando un buco nero si alimenta”, ha detto Issaoun. “Considerate le ulteriori sfide legate all’immagine di Sgr A*, è davvero abbastanza sorprendente che siamo riusciti a ottenere un’immagine polarizzata”. Le sfide sono sorte nonostante Sgr A* fosse più vicino alla Terra. Le dimensioni sono più piccole e questo determina che il materiale che gli sfreccia attorno è difficile da catturare. M87* è molto più grande, il che significa che il materiale, impiega molto più tempo per completare un circuito, rendendo più facile la cattura da parte dell’EHT.
Confronto del magnetismo di due mostruosi buchi neri
Superare queste difficoltà significa ora poter fare un confronto tra due buchi neri agli estremi opposti dello spettro dei buchi neri supermassicci. Uno con una massa miliardi di volte quella del Sole, l’altro con una massa milioni di volte quella della nostra stella. La conclusione iniziale è che questi campi magnetici sono notevolmente simili tra loro.
“Questa somiglianza è stata particolarmente sorprendente perché M87* e Sgr A* sono buchi neri molto diversi. M87* è un buco nero speciale ha 6 miliardi di masse solari. Vive in una gigantesca galassia ellittica ed espelle un potente getto di plasma visibile a tutte le lunghezze d’onda. Sgr A*, invece, è estremamente comune. E’ 4 milioni di masse solari, vive nella nostra ordinaria galassia a spirale, e non sembra avere alcun getto” ha dichiarato Issaoun. I ricercatori si aspettavano osservando la luce polarizzata, di comprendere le diverse proprietà dei campi magnetici di M87* e Sgr A*.
“Forse uno sarebbe più ordinato e forte, e l’altro più disordinato e debole”, ha aggiunto Issaoun. “Tuttavia, poiché sembrano simili, ora è abbastanza chiaro che queste due diverse classi di buchi neri hanno una geometria del campo magnetico simile”. La nuona immagine suggerisce che un’indagine più approfondita di Sagittarius A* potrebbe portare alla luce caratteristiche finora sconosciute.
Sagittarius A* sta lanciando un getto nascosto?
La somiglianza dei campi magnetici di Sgr A*, con quelli di M87*, potrebbero indicare che il nostro buco nero ci ha nascosto fino ad ora un segreto. “Ci aspettiamo che i campi magnetici forti e ordinati siano direttamente collegati al lancio di jet, come abbiamo osservato per M87*”, ha spiegato Issaoun. “Poiché Sgr A*, sembra avere una geometria molto simile, forse possiede anche un getto in attesa di essere osservato. Il che sarebbe super eccitante!”
Gli astronomi non erano rimasti molto sorpresi dall’assenza di un getto proveniente da Sgr A*. Questo perché M87* è circondato da così tanto gas e polvere da consumare l’equivalente di due o tre soli ogni anno. Ciò significa una grande quantità di materiale che i suoi campi magnetici possono incanalare verso i poli ed esplodere come getti. Sgr A*, invece, consuma poca materia che equivale a un essere umano che mangia un chicco di riso ogni milione di anni. Queste osservazioni suggeriscono che il nostro buco nero potrebbe avere un getto semplicemente difficile da vedere.
“Ci sono molte prove di possibili deflussi e persino di getti alimentati dal buco nero in passato. Ma un getto in Sgr A* non è mai stato ripreso a causa del difficile ambiente del centro galattico”, ha detto Issaoun. Il processo che lancia questi getti è il meccanismo più energetico dell’intero universo. Influenza drammaticamente il cuore delle galassie, eliminando il gas e la polvere necessari per far nascere le stelle. La sua eventuale scoperta da Sgr A* influenzerebbe la nostra comprensione di come la Via Lattea si è evoluta per assumere la forma che gli astronomi osservano oggi.
L’ampliameno dell’EHT
Il passo successivo riguarda la comprensione di come quella geometria si collega al modo in cui questi sistemi si muovono, si evolvono e si infiammno. L’EHT darà il via alla sua campagna di osservazione del 2024 all’inizio di aprile. L’osservazione spera di ottenere viste multicolori di buchi neri familiari come M87* e Sgr A* osservandoli a diverse frequenze di luce.
“Nel prossimo decennio, lo sforzo dell’EHT di prossima generazione mira ad aggiungere più telescopi per riempire il nostro specchio virtuale delle dimensioni della Terra”, ha aggiunto Issaoun. “Con queste espansioni dell’EHT, saremo in grado di realizzare filmati polarizzati di buchi neri e osserveremo direttamente la dinamica tra il buco nero M87* e il suo getto”.
Una missione proposta che potrebbe aiutare in questo campo è la missione Black Hole Explorer (BHEX), che aggiunge un singolo telescopio spaziale all’array EHT basato sulla Terra. “Si ritiene che la quantità di rotazione dei buchi neri siano direttamente collegati al motivo per cui i campi magnetici ci appaiono in questo modo”, ha concluso Issaoun. “Con BHEX, potremmo immaginare la nitida firma dell’anello fotonico dei buchi neri. Questo anello fotonico codifica le proprietà dello spazio-tempo attorno al buco nero, inclusa la sua rotazione”.
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