Gli astronomi hanno utilizzato il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della National Science Foundation per realizzare la prima immagine diretta di un polveroso, caratteristica a forma di ciambella che circonda il buco nero supermassiccio al centro di una delle più potenti radiogalassie dell'Universo, una caratteristica ipotizzata per la prima volta dai teorici quasi quattro decenni fa come parte essenziale di tali oggetti.

Gli scienziati hanno studiato Cygnus A, una galassia a circa 760 milioni di anni luce dalla Terra. La galassia ospita un buco nero 2,5 miliardi di volte più massiccio del Sole al suo interno. Mentre la potente attrazione gravitazionale del buco nero attira il materiale circostante, spinge anche getti di materiale superveloci che viaggiano verso l'esterno quasi alla velocità della luce, producendo spettacolari "lobi" di emissione radio luminosa.

"motori centrali" alimentati da buchi neri che producono emissioni luminose a varie lunghezze d'onda, e i getti che si estendono ben oltre la galassia sono comuni a molte galassie, ma mostrano proprietà diverse quando osservate. Queste differenze hanno portato a una varietà di nomi, come quasar, blazar, o galassie di Seyfert. Per spiegare le differenze, i teorici hanno costruito un "modello unificato" con un insieme comune di caratteristiche che mostrerebbero proprietà diverse a seconda dell'angolo da cui sono visti.

Il modello unificato include il buco nero centrale, un disco rotante di materiale in caduta che circonda il buco nero, e i getti che sfrecciano verso l'esterno dai poli del disco. Inoltre, per spiegare perché lo stesso tipo di oggetto appare diverso se visto da angolazioni diverse, uno spesso, polveroso, è incluso un "toro" a forma di ciambella, che circondano le parti interne. Il toro oscura alcune caratteristiche se visto di lato, portando a differenze apparenti per l'osservatore, anche per oggetti intrinsecamente simili. Gli astronomi chiamano genericamente questo insieme comune di caratteristiche nucleo galattico attivo (AGN).

"Il toro è una parte essenziale del fenomeno AGN, ed esistono prove per tali strutture in AGN vicini di luminosità inferiore, ma non ne abbiamo mai visto uno direttamente in una radiogalassia così brillante, " ha detto Chris Carilli, dell'Osservatorio Nazionale di Radioastronomia (NRAO). "Il toro aiuta a spiegare perché gli oggetti conosciuti con nomi diversi sono in realtà la stessa cosa, appena osservato da una prospettiva diversa, " Ha aggiunto.

Negli anni Cinquanta, gli astronomi hanno scoperto oggetti che emettevano fortemente onde radio, ma sembrava puntiforme, simili a stelle lontane, quando in seguito osservato con telescopi a luce visibile. Nel 1963, Maarten Schmidt del Caltech scoprì che uno di questi oggetti era estremamente distante, e altre scoperte del genere seguirono rapidamente. Per spiegare come questi oggetti, soprannominato quasar, potrebbe essere così luminoso, i teorici hanno suggerito che devono sfruttare l'enorme energia gravitazionale dei buchi neri supermassicci. La combinazione di buco nero, il disco rotante, chiamato disco di accrescimento, e i getti furono definiti il ​​"motore centrale" responsabile delle prolifiche effusioni di energia degli oggetti.

Lo stesso tipo di motore centrale è apparso anche per spiegare l'output di altri tipi di oggetti, comprese le radiogalassie, blazar, e le galassie di Seyfert. Però, ognuno ha mostrato un diverso insieme di proprietà. I teorici hanno lavorato per sviluppare uno "schema di unificazione" per spiegare come la stessa cosa potesse apparire in modo diverso. Nel 1977, l'oscuramento da polvere è stato suggerito come un elemento di tale schema. In un documento del 1982, Roberto Antonucci, dell'Università della California, Santa Barbara, ha presentato un disegno di un toro opaco, un oggetto a forma di ciambella, che circonda il motore centrale. Da quel punto in poi, un toroide oscurante è stato una caratteristica comune della visione unificata degli astronomi di tutti i tipi di nuclei galattici attivi.

"Cygnus A è l'esempio più vicino di una potente galassia che emette radio:10 volte più vicina di qualsiasi altra con un'emissione radio relativamente brillante. Quella vicinanza ci ha permesso di trovare il toro in un'immagine VLA ad alta risoluzione del nucleo della galassia, " ha detto Rick Perley, anche di NRAO. "Fare più lavoro di questo tipo su oggetti più deboli e più distanti avrà quasi sicuramente bisogno del miglioramento dell'ordine di grandezza della sensibilità e della risoluzione che la proposta Next Generation Very Large Array (ngVLA) porterebbe, " Ha aggiunto.

Le osservazioni VLA hanno rivelato direttamente il gas nel toro di Cygnus A, che ha un raggio di quasi 900 anni luce. I modelli di vecchia data per il toroide suggeriscono che la polvere si trova nelle nuvole incorporate nel gas un po' grumoso.

"È davvero fantastico vedere finalmente le prove dirette di qualcosa che abbiamo a lungo presunto dovrebbe essere lì, " disse Carilli. "Per determinare con maggiore precisione la forma e la composizione di questo toro, dobbiamo fare ulteriori osservazioni. Per esempio, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) può osservare alle lunghezze d'onda che riveleranno direttamente la polvere, " Ha aggiunto.

Carilli e Perley, con i loro colleghi Vivek Dhawan, anche di NRAO, e Daniel Perley della Liverpool John Moores University nel Regno Unito, hanno scoperto il toro quando hanno seguito la loro sorprendente scoperta nel 2016 di un nuovo, oggetto luminoso vicino al centro di Cygnus A. Quel nuovo oggetto, loro hanno detto, è molto probabilmente un secondo buco nero supermassiccio che solo di recente ha incontrato nuovo materiale che potrebbe divorare, inducendolo a produrre un'emissione luminosa allo stesso modo del buco nero centrale. L'esistenza del secondo buco nero, loro hanno detto, suggerisce che Cygnus A si sia fuso con un'altra galassia nel passato astronomicamente recente.

Cigno A, così chiamato perché è l'oggetto radio emettitore più potente della costellazione del Cigno, fu scoperto nel 1946 dal fisico e radioastronomo inglese J.S. Hey. È stato abbinato a una luce visibile, galassia gigante di Walter Baade e Rudolf Minkowski nel 1951. Divenne uno dei primi obiettivi per il VLA subito dopo il suo completamento nei primi anni '80. Detailed VLA images of Cygnus A published in 1984 produced major advances in astronomers' understanding of such galaxies.

The scientists are reporting their findings in the Lettere per riviste astrofisiche .