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Gli scienziati hanno determinato le proprietà dei getti di materia ionizzati espulsi da buchi neri supermassicci nei nuclei galattici attivi. Hanno analizzato discrepanze inaspettate tra i dati delle osservazioni ad alta precisione condotte da una rete internazionale di radiotelescopi e quelli di Gaia, un osservatorio spaziale dell'Agenzia spaziale europea dotato di telescopi ottici.
Yuri Kovalev, che dirige il Laboratorio di Astrofisica Relativistica del MIPT e un laboratorio presso il Lebedev Physical Institute (LPI) dell'Accademia Russa delle Scienze, dice, "Confrontando i dati dei radio interferometri e dei telescopi ottici, possiamo ottenere informazioni sui getti caldi e sui dischi di accrescimento che circondano i buchi neri al centro delle galassie nella parte visibile dello spettro. Ora abbiamo acquisito una migliore comprensione di quale sia la loro struttura e quali processi si verificano al loro interno".
Yuri Kovalev e Leonid Petrov di MIPT e LPI hanno collaborato a un documento di ricerca pubblicato su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society analizzando le coordinate di nuclei attivi di galassie remote ottenute indipendentemente da interferometria a linea di base molto lunga (VLBI) e Gaia.
Nel 2013, Gaia è stato lanciato con l'obiettivo di catalogare le coordinate e le velocità precise di 1 miliardo di stelle nella nostra galassia. Ipparco, il suo predecessore, ha raccolto dati sulle posizioni di circa 1 milione di stelle con una precisione massima di 1 millisecondo d'arco. Nel futuro prossimo, la precisione di Gaia raggiungerà i 24 microsecondi d'arco. Oltre alle stelle della nostra galassia, questo telescopio può osservare oggetti al di fuori della Via Lattea.
Interferometri radio terrestri, come il Very Long Baseline Array nel New Mexico, NOI., consentire l'imaging dei quasar e determinarne le coordinate con una risoluzione senza precedenti, fino a poco tempo fa, di 1 millisecondo d'arco o superiore. Però, il lancio di Gaia da parte dell'Agenzia spaziale europea ha promesso di rendere ancora più precise le misurazioni delle coordinate stellari e galattiche. È vero? Scopriamolo. Credito:MIPT
Da adesso, Gaia ha catalogato più di 1 miliardo di oggetti. Più di 10, 000 di questi sono nuclei galattici attivi estremamente luminosi chiamati quasar. Questi hanno dischi di accrescimento di materia che cadono su un buco nero supermassiccio che, a sua volta, espelle fasci estesi di materia chiamati getti. Mentre la materia cade sul buco nero, viene riscaldato a temperature così estreme da emettere radiazioni su quasi l'intero spettro elettromagnetico.
Per studiare tali oggetti, i ricercatori usano VLBI. Prevede l'utilizzo di più radiotelescopi posizionati distanti tra loro ma funzionanti come un sistema integrato. Questa tecnica migliora di centinaia di volte la risoluzione angolare raggiunta dai telescopi ottici. Questo è ciò che ha reso i segnali radio così utili per risolvere la struttura dei getti espulsi dai quasar.
"Ma ci sono cose che non puoi vedere nello spettro radio, " dice Leonid Petrov. "Così, ad esempio, un disco di accrescimento attorno a un buco nero supermassiccio emette per lo più luce visibile e ultravioletta. Quindi abbiamo deciso di combinare i dati provenienti da due fonti".
A differenza del telescopio spaziale Hubble o di strumenti simili, Gaia no, da solo, produrre un'immagine. Anziché, registra le coordinate del centro della luminosità di un oggetto celeste. Insieme allo studente del MIPT Alexander Plavin, Kovalev e Petrov hanno confrontato i dati sulle coordinate dei quasar ottenuti da Gaia e VLBI. Hanno scoperto che per circa il 6% degli oggetti, le posizioni non erano molto d'accordo. In genere, la posizione di un oggetto fornito da Gaia è stata spostata nella direzione dei getti.
Questa animazione illustra l'espulsione del plasma caldo in quasar remoti come si vede nelle onde radio con una risoluzione migliore di 1 milliarcosecondo. La luminosità è riflessa dai colori utilizzati, con il giallo corrispondente ai livelli superiori e il blu ai livelli inferiori. Per gentile concessione grafica di Y. Kovalev e della collaborazione MOJAVE. Credito:10.1093/mnras/stx1747
"Ora possiamo usare i dati sull'emissione di radiazione variabile e sulla posizione dei quasar forniti dall'interferometria radio e da Gaia per ricreare e studiare la struttura di centinaia di quasar molto remoti alla scala dei parsec, millesimi di secondo d'arco. Questa precisione è superiore a quanto è possibile con i normali telescopi ottici e anche con Hubble, " dice Kovalev. Aggiunge che l'analisi dei dati ha rivelato l'esistenza di getti luminosi che emettono luce visibile in molti quasar a scale angolari così sottili che nemmeno il telescopio spaziale Hubble non può rilevarli. Per vedere direttamente una tale struttura, servirebbe un telescopio spaziale con uno specchio delle dimensioni di uno stadio. Gli scienziati hanno suggerito un metodo per rivelare questa struttura indirettamente mediante la combinazione dei dati dei telescopi esistenti.
L'indagine sulle variazioni nelle posizioni della sorgente e nella luminosità aiuterà i ricercatori a determinare cosa causa i brillamenti luminosi nei nuclei galattici attivi. Ciò migliorerà la comprensione della fisica dei dischi di accrescimento e dei buchi neri supermassicci.
C'è anche un aspetto pratico in questa scoperta:le osservazioni quasar basate su VLBI vengono utilizzate nella navigazione per stabilire un quadro di riferimento celeste. Ciò è necessario per tracciare il movimento dei continenti e i sistemi di posizionamento operativo, inclusi GPS e GLONASS. Il confronto dei dati forniti da VLBI e dal telescopio spaziale Gaia indica la presenza di un certo "jitter" di posizione della sorgente nel campo ottico. Come conseguenza, è necessaria cautela quando si utilizzano per la navigazione le coordinate dei nuclei galattici attivi ottenuti dalle osservazioni ottiche.
