Nuova immagine buco nero svela enormi campi magnetici

Gli astronomi hanno intravisto, per la prima volta, i campi magnetici aggrovigliati attorno a un buco nero.

L'Event Horizon Telescope ha svelato il magnetismo del gas caldo e incandescente che si trova attorno al buco nero supermassivo nel cuore della galassia Messier 87 (M87). Il gruppo internazionale di astronomi della collaborazione EHT ha pubblicato due studi (riferimenti alla fine di questo articolo) il 24 marzo sulla rivista The Astrophysical Journal Letters. Gli scienziati ritengono che questi campi magnetici svolgano un ruolo cruciale nel modo in cui il buco nero divora la materia ed emette potenti getti di plasma a migliaia di anni luce nello spazio.

«Sappiamo da decenni che i getti sono in un certo senso alimentati dall'accrescimento sopra i buchi neri supermassicci e che sia il gas che si muove a spirale sia il plasma che fuoriesce sono altamente magnetizzati, ma c'era molta incertezza sui dettagli esatti», scrive la dott.ssa Eileen Meyer, astrofisica dell'Università del Maryland, USA, non coinvolta nel lavoro di ricerca. «La struttura del campo magnetico del plasma vicino all'orizzonte di un evento [di un buco nero] è un'informazione completamente nuova» scrive la ricercatrice. 

Il buco nero supermassiccio all'interno della galassia M87 è stato il primo buco nero a essere stato fotografato. Tale immagine mostrava l'ombra del buco nero contro il suo disco di accrescimento - il vortice luminoso del gas incandescente che girava a spirale attorno al centro del buco nero. L'immagine è stata creata utilizzando le osservazioni catturate nell'aprile 2017 da una rete globale di osservatori, che formano collettivamente un telescopio radio virtuale delle dimensioni della Terra chiamato Event Horizon Telescope.

La nuova analisi utilizza le stesse osservazioni. Ma a differenza dell'immagine iniziale del buco nero, la nuova immagine spiega la polarizzazione delle onde luminose emesse dal gas attorno al buco nero. La polarizzazione misura l'orientamento di un'onda luminosa - che si deforma su e giù, a sinistra e a destra o ad angolo - e può essere influenzata dal campo magnetico da cui ha avuto origine la luce. Quindi, mappando la polarizzazione della luce attorno al bordo del buco nero della galassia M87, i ricercatori sono stati in grado di tracciare la struttura dei campi magnetici sottostanti.

«Questo lavoro rappresenta una pietra miliare importante, la polarizzazione della luce porta informazioni che ci permettono di comprendere meglio la fisica dietro all'immagine che abbiamo visto nell'aprile 2019, cosa che prima non è stata possibile», scrive l'astronomo Iván Martí-Vidal dell'Università di Valencia, Spagna.

«La presentazione di questa nuova immagine a luce polarizzata ha richiesto anni di lavoro a causa delle complesse tecniche coinvolte nell'ottenimento e nell'analisi dei dati».

La polarizzazione rappresenta un comportamento ben noto e compreso della radiazione elettromagnetica. Quando una particella di luce viaggia nello spazio, le sue oscillazioni sono orientate in una certa direzione. Se ad esempio viene dispersa a causa della polvere del mezzo interstellare o subisce una rotazione per via di un campo magnetico, il suo orientamento può cambiare; chiamiamo polarizzazione tale cambiamento.

Immagine - Nel 2019 grazie all'Event Horizon Telescope (EHT) gli astronomi sono stati in grado di realizzare la prima immagine di un buco nero, oggi è stata elaborata una nuova vista dell'oggetto massivo che si trova al centro della galassia Messier 87 (M87) come appare in luce polarizzata. Gli astronomi sono stati in grado di misurare, per la prima volta, la polarizzazione (in pratica la firma dei campi magnetici) vicino ai bordi di un buco nero. 
L'immagine a fianco mostra la vista polarizzata del buco nero nella galassia M87. Le linee segnano l'orientamento della polarizzazione che è correlata al campo magnetico attorno all'ombra del buco nero. Credits: ESAO.org / Collaborazione EHT

La polarizzazione è una proprietà di cui possiamo approfittare nella vita di tutti i giorni - probabilmente sarà capito di sentire parlare di protezioni polarizzate per i display e per gli occhiali da sole - ma essa può anche, quando viene vista emettere da oggetti cosmici, dirci qualcosa sull'ambiente spaziale.

Secondo i ricercatori la polarizzazione della luce vista nell'immagine del buco nero al centro di M87 potrebbe essere spiegata solo da un campo magnetico molto forte.

Il team ha trovato gli indizi riguardanti il fatto che alcuni campi magnetici giravano intorno al buco nero insieme al disco del materiale che veniva inglobato vorticosamente. Bisognava aspettarselo perchè «quando il gas ruota è fondamentalmente in grado di portare con sé il campo magnetico», scrive il dott. Jason Dexter, astrofisico presso l'Università del Colorado Boulder, USA.

Ma, prosegue il ricercatore, «c'è qualche componente interessante di questo campo magnetico che non sta solo seguendo il moto del gas». Almeno alcune linee di campo magnetico si attaccano verso l'alto o verso il basso perpendicolarmente a partire dal disco di accrescimento oppure puntano direttamente verso o lontano dal buco nero, scrive l'astrofisico. Questi campi magnetici devono essere molto forti per resistere e non essere trascinati dal vortice di gas in caduta, aggiunge.

Campi magnetici così forti possono effettivamente respingere parte del materiale che si muove a spirale verso il buco nero, aiutandolo a resistere all'attrazione di gravità, scrive la dott.ssa Monika Mościbrodzka coautrice dello studio nonchè astrofisica dell'Università Radboud di Nimega, Paesi Bassi.

I campi magnetici puntati su e giù dal disco di accrescimento potrebbero anche aiutare il buco nero a lanciare i getti di plasma, incanalando il materiale verso i poli del buco nero e dandogli una spinta di velocità, aggiunge la ricercatrice.

La struttura del campo magnetico osservata, secondo i ricercatori, può produrre sia le caratteristiche osservate dell'anello di M87 sia i potenti getti relativistici che vengono emessi nello spazio. È una delle migliori prove che supportano ancora il modello di sincrotrone del campo magnetico nella formazione di getti relativistici.

Secondo il team di astrofisici le analisi future si concentreranno sui campi magnetici intorno alla regione di lancio dei getti vicino all'orizzonte degli eventi di M87.

Riferimenti

Gli studi "First M87 Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" e "First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon" sono stati pubblicati sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.