Nuove foto al buco nero M87*: "Sono sistemi dinamici e complessi"

La collaborazione Event Horizon Telescope (EHT), che comprende ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dell’Università Federico II di Napoli, ha presentato nuove, dettagliate immagini del buco nero supermassiccio al centro della galassia M87 – noto come M87* – rivelando un ambiente dinamico, con configurazioni di polarizzazione variabili vicino al buco nero. Inoltre, per la prima volta, sono stati individuati i segnali dell’emissione estesa del getto in prossimità della sua base, collegata all’anello attorno a M87*. Queste nuove osservazioni, pubblicate oggi su Astronomy & Astrophysics, forniscono nuove prospettive su come materia ed energia si comportino negli ambienti estremi che circondano i buchi neri.
«Questi risultati mostrano come l’EHT stia evolvendo in un osservatorio scientifico a tutti gli effetti, capace non solo di produrre immagini senza precedenti, ma anche di costruire una comprensione progressiva e coerente della fisica dei buchi neri», ha dichiarato Mariafelicia De Laurentis, project scientist dell’EHT, ricercatrice dell’INFN e professoressa all’Università di Napoli Federico II e responsabile di una rubrica sulle pagine di GrandTour. «Ogni nuova campagna amplia il nostro orizzonte, dalla dinamica del plasma e dei campi magnetici al ruolo dei buchi neri nell’evoluzione cosmica. È una dimostrazione concreta dell’enorme potenziale scientifico di questo strumento».

La prima immagine di M87*, situato a circa 55 milioni di anni luce dalla Terra e con una massa pari a più di sei miliardi di volte la massa del Sole, risale al 2019 e si deve alla rete globale di radiotelescopi di EHT, che agiscono insieme come un unico osservatorio grande quanto la Terra. Ora, grazie alle osservazioni del 2017, 2018 e 2021, la collaborazione ha compiuto un ulteriore passo verso la comprensione di come i campi magnetici vicino al buco nero cambiano nel tempo. «Ciò che è straordinario è che, mentre la dimensione dell’anello è rimasta costante negli anni – confermando l’ombra del buco nero prevista dalla teoria di Einstein – la configurazione di polarizzazione cambia in modo significativo», ha spiegato Paul Tiede, astronomo del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian e co-responsabile dello studio. «Questo ci dice che il plasma magnetizzato che vortica vicino all’orizzonte degli eventi è tutt’altro che statico: è dinamico e complesso, e mette a dura prova i nostri modelli teorici».

Tra il 2017 e il 2021, la configurazione di polarizzazione ha invertito direzione. Nel 2017 i campi magnetici sembravano avvolgersi in un senso; nel 2018 si erano stabilizzati; e nel 2021 si sono invertiti, avvolgendosi nel senso opposto. Alcune di queste variazioni osservate nella direzione di rotazione della polarizzazione potrebbero essere influenzate non solo dalla struttura magnetica interna, ma anche da effetti esterni, come la presenza di un plasma magnetizzato che agisce da “schermo di Faraday” – un “velo” di gas magnetizzato che altera il segnale luminoso prima che raggiunga i nostri telescopi –, modificando la polarizzazione lungo la linea di vista. Gli effetti cumulativi del cambiamento della polarizzazione nel tempo suggeriscono un ambiente turbolento in evoluzione, in cui i campi magnetici giocano un ruolo cruciale nel regolare come la materia cade nel buco nero e come l’energia viene espulsa verso l’esterno.

«Anche in questo caso, per garantire la solidità dei risultati, abbiamo utilizzato diverse tecniche di ricostruzione dell’immagine, del tutto indipendenti tra loro», ha dichiarato Rocco Lico, ricercatore INAF e information technology officer dell’EHT. «Per raggiungere questi nuovi traguardi è stato anche necessario sviluppare nuovi strumenti di analisi, e questo rende il lavoro ancora più entusiasmante». «Anno dopo anno, miglioriamo l’EHT con telescopi aggiuntivi e strumentazione aggiornata, nuove idee per esplorazioni scientifiche e algoritmi innovativi per ottenere di più dai dati», ha aggiunto Michael Janssen, professore associato all’Università Radboud di Nimega e membro dello science board dell’EHT. «Per questo studio, tutti questi fattori si sono combinati alla perfezione, portando a nuovi risultati scientifici e a nuove domande, che sicuramente ci terranno impegnati per molti anni ancora».

Fondamentali, nelle osservazioni di EHT del 2021, due nuovi telescopi – Kitt Peak in Arizona e NOEMA in Francia – che hanno aumentato la sensibilità e la nitidezza delle immagini. Questo ha permesso a scienziati e scienziate di vincolare, per la prima volta con l’EHT, la direzione dell’emissione alla base del getto relativistico di M87*: un fascio stretto di particelle energetiche che fuoriesce dal buco nero a velocità prossime a quella della luce. Getti come quello di M87* giocano un ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie, regolando la formazione stellare e distribuendo energia su scale vastissime. La sua emissione in tutto lo spettro elettromagnetico – inclusi raggi gamma e neutrini – offre un laboratorio unico per studiare come questi fenomeni cosmici si formino e vengano generati.