Gli astronomi hanno catturato un buco nero che scaglia materiale caldo nello spazio a una velocità prossima a quella della luce. Questa riacutizzazione è stata catturata in un nuovo film dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

Il buco nero e la sua stella compagna costituiscono un sistema chiamato MAXI J1820+070, situato nella nostra galassia circa 10, 000 anni luce dalla Terra. Il buco nero in MAXI J1820+070 ha una massa circa otto volte quella del sole, identificandolo come un cosiddetto buco nero di massa stellare, formato dalla distruzione di una stella massiccia. (Questo è in contrasto con i buchi neri supermassicci che contengono milioni o miliardi di volte la massa del sole.)

La stella compagna in orbita attorno al buco nero ha circa la metà della massa del sole. La forte gravità del buco nero allontana il materiale dalla stella compagna in un disco che emette raggi X che circonda il buco nero.

Mentre parte del gas caldo nel disco attraverserà "l'orizzonte degli eventi" (il punto di non ritorno) e cadrà nel buco nero, parte di essa viene invece espulsa dal buco nero in un paio di brevi fasci di materiale, o getti. Questi getti sono puntati in direzioni opposte, lanciato dall'esterno dell'orizzonte degli eventi lungo le linee del campo magnetico. Il nuovo filmato del comportamento di questo buco nero si basa su quattro osservazioni ottenute con Chandra a novembre 2018 e febbraio, Maggio, e giugno del 2019, e riportato in un articolo condotto da Mathilde Espinasse dell'Université de Paris.

Il pannello principale del grafico è una grande immagine ottica e infrarossa della galassia della Via Lattea dal telescopio ottico PanSTARRS alle Hawaii, con la posizione di MAXI J1820+070 sopra il piano della galassia segnato da una croce. L'inserto mostra un filmato che scorre attraverso le quattro osservazioni di Chandra, dove "giorno 0" corrisponde alla prima osservazione del 13 novembre, 2018, circa quattro mesi dopo il lancio del jet. MAXI J1820+070 è la sorgente di raggi X luminosa al centro dell'immagine e le sorgenti di raggi X possono essere viste allontanarsi dal buco nero in getti verso nord e sud. MAXI J1820+070 è una sorgente puntiforme di raggi X, anche se sembra essere più grande di una sorgente puntiforme perché è molto più luminosa delle sorgenti a getto. Il getto meridionale è troppo debole per essere rilevato nelle osservazioni di maggio e giugno 2019.

Quanto velocemente si allontanano i getti di materiale dal buco nero? Dal punto di vista della Terra, sembra che il getto del nord si muova al 60% della velocità della luce, mentre quello meridionale sta viaggiando a un'impossibile velocità del 160% della luce!

Questo è un esempio di movimento superluminale, un fenomeno che si verifica quando qualcosa viaggia verso di noi vicino alla velocità della luce, lungo una direzione vicina alla nostra linea di vista. Ciò significa che l'oggetto viaggia verso di noi quasi con la stessa velocità della luce che genera, dando l'illusione che il moto del getto sia più rapido della velocità della luce. Nel caso di MAXI J1820+070, il getto del sud sta puntando verso di noi e il getto del nord sta puntando lontano da noi, quindi il getto meridionale sembra muoversi più velocemente di quello settentrionale. La velocità effettiva delle particelle in entrambi i getti è maggiore dell'80% della velocità della luce.

Solo altri due esempi di tali espulsioni ad alta velocità sono stati osservati nei raggi X di buchi neri di massa stellare.

MAXI J1820+070 è stato osservato anche a lunghezze d'onda radio da un team guidato da Joe Bright dell'Università di Oxford, che in precedenza aveva segnalato il rilevamento del movimento superluminale di sorgenti compatte sulla base dei soli dati radio che si estendevano dal lancio dei jet il 7 luglio, 2018 alla fine del 2018.

Poiché le osservazioni di Chandra hanno approssimativamente raddoppiato il tempo in cui i getti sono stati seguiti, un'analisi combinata dei dati radio e dei nuovi dati Chandra di Espinasse e del suo team ha fornito maggiori informazioni sui jet. Ciò includeva la prova che i getti stanno decelerando mentre si allontanano dal buco nero.

La maggior parte dell'energia nei getti non viene convertita in radiazione, ma viene invece rilasciato quando le particelle nei getti interagiscono con il materiale circostante. Queste interazioni potrebbero essere la causa della decelerazione dei getti. Quando i getti si scontrano con il materiale circostante nello spazio interstellare, si verificano onde d'urto, simili ai boom sonici causati dagli aerei supersonici. Questo processo genera energie delle particelle superiori a quelle del Large Hadron Collider.

I ricercatori stimano che circa 400 milioni di miliardi di libbre di materiale siano stati spazzati via dal buco nero in questi due getti lanciati nel luglio 2018. Questa quantità di massa è paragonabile a quella che potrebbe essere accumulata sul disco attorno al buco nero nello spazio di un poche ore, ed è equivalente a circa mille comete di Halley o circa 500 milioni di volte la massa dell'Empire State Building.

Gli studi su MAXI J1820+070 e sistemi simili promettono di insegnarci di più sui getti prodotti dai buchi neri di massa stellare e su come rilasciano la loro energia una volta che i loro getti interagiscono con l'ambiente circostante.

Le osservazioni radio condotte con il Very Large Array di Karl G. Jansky e l'array MeerKAT sono state utilizzate anche per studiare i getti del MAXI J1820+070.

Un documento che descrive questi risultati è pubblicato nell'ultima edizione di The Lettere per riviste astrofisiche