Il getto di precessione di M87 rivela la rotazione veloce del buco nero – Physics World

Il getto di precessione di M87 rivela la rotazione veloce del buco nero – Physics World

Timestamp: 6 ottobre 2023 9:00

Rappresentazione artistica del buco nero al centro di M87
Modello con disco di accrescimento inclinato Rappresentazione artistica del buco nero al centro di M87, che mostra come il disco di accrescimento e il getto siano disallineati con l’asse di rotazione del buco nero. (Per gentile concessione di Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse e Zhejiang Lab)

Il getto relativistico proveniente dal buco nero nel cuore della galassia Messier 87 (M87) oscilla mentre viene trascinato dal buco nero rotante, hanno scoperto nuove osservazioni radio. Questa è la prima prova diretta che potenti getti provenienti da galassie attive sono guidati da buchi neri che ruotano rapidamente, non lentamente.

M87 è la gigantesca galassia ellittica che si trova nel cuore dell'ammasso galattico della Vergine, a 55 milioni di anni luce di distanza. È famoso per aver ospitato il primo buco nero supermassiccio ad avere la sua “ombra” ripreso dall'Event Horizon Telescope, nel 2019. M87 produce anche un potente getto di particelle cariche che si estende per almeno 5000 anni luce dal buco nero. Questo getto è così grande e luminoso che è visibile anche nelle immagini scattate da astrofili con attrezzature da giardino.

Sebbene M87 sia stata la prima galassia a ospitare un getto relativistico oltre un secolo fa, oggi si sa che migliaia di galassie e quasar possiedono getti. Il materiale contenuto in tali getti viene dragato dai campi magnetici provenienti da un disco di accrescimento di materiale che gira a spirale attorno al buco nero. La teoria postulava che l'energia per il getto fosse estratta dall'energia rotazionale del buco nero.

Ora, un team internazionale di astronomi, guidato da Yuzhu Cui del Laboratorio Zhejiang di Hangzhou, in Cina, e Kazuhiro Hada della Graduate University for Advanced Studies del Giappone e dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone – ha fatto le prime osservazioni che supportano direttamente questa teoria, pubblicando i risultati in Natura.

“Una delle implicazioni più importanti di questo studio è che un buco nero in rotazione è essenziale per generare un potente getto relativistico come visto in M87 e in altre radiogalassie o quasar”, spiega Hada. Mondo della fisica.

“Se il risultato fosse confermato, sarebbe davvero un passo da gigante nella nostra comprensione dei jet”, aggiunge Yannis Liodakis dell’Università di Turku in Finlandia, che non è stata coinvolta nello studio. Nel 2022 Liodakis è stato l'autore principale di a carta dentro Natura che ha rilevato fronti d’urto e turbolenze nel jet dell’M87.

Trottola

Combinando 17 anni di osservazioni radioastronomiche del Rete VLBI dell'Asia orientale (EAVN), il Array di base molto lungo (VLBA), l'array congiunto di KVN e VERA (KaVA) e il Dall'Asia orientale all'Italia Rete VLBI quasi globale (EATING)., per un totale di più di 20 radiotelescopi, Hada e il team hanno scoperto che il getto di M87 è in precessione.

Pensa a una trottola e a come il suo asse di rotazione sembra vagare in cerchio. Il getto di M87 è perpendicolare al disco di accrescimento, ma sia il getto che il disco sono disallineati rispetto all’asse di rotazione del buco nero. Mentre il buco nero gira, trascina con sé lo spazio-tempo, un effetto noto come “frame-dragging”. Mentre lo fa, trascina il disco di accrescimento, provocando la precessione, o oscillazione, della direzione in cui punta il getto fuori asse, di circa 10 gradi con un periodo di circa 11 anni.

Nel 1973, il fisico John Wheeler postulò il famoso teorema dell’assenza di capelli – secondo cui un buco nero può essere completamente caratterizzato da soli tre parametri: la sua massa, la sua carica elettrica e il suo momento angolare (il “capello” è una metafora per tutto il resto – tutte le altre informazioni entrano nel buco nero e diventano inaccessibili). La massa del buco nero supermassiccio di M87 è circa 6.5 ​​miliardi di volte la massa del nostro Sole e la sua carica elettrica è considerata trascurabile. Tuttavia, nonostante questa misurazione della precessione del getto mentre viene trascinato dal buco nero in rotazione, non è ancora possibile definire una velocità per tale rotazione.

Velocità di rotazione del buco nero

Tuttavia, si potrebbe supporre che i buchi neri con getti potenti avranno rotazioni veloci, mentre i buchi neri senza getti tenderanno a ruotare più lentamente.

“Il periodo di precessione del getto dipende sia dalla rotazione del buco nero che dalla dimensione del disco di accrescimento”, spiega Hada. Sfortunatamente, la dimensione del disco dell’M87 non è ben nota. Nel loro modello teorico, il team ha ipotizzato 40 rotazioni all’anno, ma questa è solo una possibile soluzione: diversi valori di rotazione con diverse dimensioni del disco potrebbero anche spiegare il grado di precessione.

“Tuttavia, è molto probabile che la scala temporale di rotazione del buco nero sia molto più breve di quella della precessione del getto e del disco”, afferma Hada. “Misurare il valore di questa rotazione è esattamente il nostro prossimo passo da compiere. Speriamo che ciò sia possibile combinando il nostro monitoraggio dei jet e un filmato del buco nero dell’Event Horizon Telescope”.

Liodakis sottolinea quanto sia vitale sapere che i buchi neri in rapida rotazione guidano i getti, perché aiuterà gli astronomi a limitare la dimensione del disco di accrescimento al centro di una galassia come M87, e la composizione di tali getti.

“Non è un risultato inaspettato”, afferma Liodakis. “Ma è certamente bello avere una conferma diretta.”

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