Per la prima volta gli scienziati sono riusciti a osservare nel dettaglio l’“occhio” del vortice che circonda i buchi neri supermassivi, rivelando la natura turbolenta e violenta dell’ambiente che li avvolge. Il risultato arriva grazie alla missione XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), frutto della collaborazione tra JAXA e NASA, con il contributo dell’ESA.
L’indagine rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dei processi fisici che si verificano nelle regioni più estreme dell’universo, inclusi quelli attorno a M87*, il primo buco nero mai immortalato direttamente dall’umanità.
Una nuova finestra sui raggi X
Con XRISM, lanciata nel 2023, gli astronomi hanno potuto analizzare in modo inedito l’energia dei raggi X provenienti dal gas caldo che orbita attorno ai buchi neri supermassivi. Non si tratta più di semplici immagini statiche, ma di una lettura dinamica dei movimenti del gas e delle forze in gioco.
Misurando con precisione l’energia dei raggi X, i ricercatori riescono a determinare la velocità e l’intensità della turbolenza. Annie Heinrich, dell’Università di Chicago, ha descritto il risultato con un’immagine efficace: è come osservare l’“occhio della tempesta” di ciascun buco nero. In passato si poteva vedere la tempesta nel suo insieme; ora è possibile quantificarne la rotazione e misurare direttamente l’energia cinetica del gas agitato.
Un traguardo che fino a pochi anni fa sembrava fuori portata.
Gas, vortici e onde d’urto
I buchi neri supermassivi, con masse che possono raggiungere milioni o miliardi di volte quella del Sole, si trovano al centro di molte galassie. Attorno a loro si forma un disco di accrescimento, composto da gas e polveri che vengono lentamente inglobati.
Non tutta la materia, però, viene risucchiata. Una parte viene canalizzata verso i poli attraverso potenti campi magnetici, generando getti di particelle ad altissima energia che viaggiano a velocità prossime a quella della luce. È qui che si origina una turbolenza capace di influenzare l’intera galassia.
XRISM ha permesso di distinguere con maggiore chiarezza i movimenti del gas direttamente legati all’attività del buco nero da quelli prodotti da altri fenomeni cosmici, un obiettivo che in precedenza risultava estremamente complesso.
Il caso di M87*
Uno dei casi più emblematici riguarda M87*, il buco nero al centro della galassia Messier 87, già reso celebre nel 2019 dall’immagine ottenuta dall’Event Horizon Telescope. Le nuove osservazioni con XRISM hanno rivelato livelli di turbolenza tra i più intensi mai registrati in un ammasso galattico, persino superiori a quelli osservati durante collisioni tra galassie.
I dati mostrano che le velocità del gas sono massime nelle regioni più vicine al buco nero e diminuiscono rapidamente con l’aumentare della distanza. Secondo il team, questa dinamica sarebbe il risultato combinato di vortici turbolenti e onde d’urto generate dai flussi di gas in uscita.
Hannah McCall, anch’essa dell’Università di Chicago, ha spiegato che le velocità più elevate sono probabilmente legate proprio a questa combinazione di processi, entrambi direttamente connessi all’attività del buco nero.
Il ruolo nel destino delle galassie
Le osservazioni si sono estese anche all’ammasso di Perseo, uno dei più luminosi in raggi X visibili dalla Terra. Qui, XRISM ha consentito di mappare il movimento del gas sia nelle regioni centrali sia in quelle più periferiche.
È emerso che il buco nero centrale esercita una forte spinta sulle particelle di gas, generando un effetto di “pizzicamento” nelle aree con velocità più elevate. Questo fenomeno potrebbe contribuire a spiegare perché in alcune regioni centrali delle galassie la formazione stellare risulti inferiore alle attese.
Il gas agitato, infatti, si riscalda e fatica a raffreddarsi abbastanza da condensarsi in nuove stelle. La turbolenza diventa così un elemento chiave nello scambio di energia tra il buco nero e la galassia ospite, influenzandone l’evoluzione nel lungo periodo.
Verso una comprensione più completa
Gli studi condotti con XRISM aprono una fase nuova nell’astrofisica dei buchi neri supermassivi. Comprendere in che modo questi oggetti interagiscono con l’ambiente circostante significa fare luce sui meccanismi che modellano le galassie nel corso di miliardi di anni.
Irina Zhuravleva, membro del team dell’Università di Chicago, ha sottolineato come strumenti di questo tipo stiano avvicinando gli scienziati alla soluzione di alcuni dei grandi interrogativi cosmici ancora irrisolti.
Le future osservazioni promettono di affinare ulteriormente il quadro, offrendo dati sempre più precisi sulle tempeste invisibili che si scatenano nel cuore delle galassie.
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