Una collaborazione internazionale che riunisce oltre 200 scienziati provenienti da 13 paesi ha dimostrato che le emissioni di raggi gamma ad altissima energia dei quasar, galassie con un nucleo altamente energetico, non sono concentrati nella regione vicina al loro buco nero centrale, ma infatti, si estendono per diverse migliaia di anni luce lungo getti di plasma. Questa scoperta scuote gli scenari attuali per il comportamento di tali getti di plasma. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Natura il 18 giugno, 2020, è stato realizzato nell'ambito della collaborazione H.E.S.S, coinvolgendo in particolare il CNRS e il CEA in Francia, e la società Max Planck e un gruppo di istituti di ricerca e università in Germania.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno osservato l'universo usando i raggi gamma, che sono fotoni ad altissima energia. Raggi gamma, tra i raggi cosmici che bombardano costantemente la Terra, provengono da regioni dell'universo in cui le particelle vengono accelerate a enormi energie irraggiungibili negli acceleratori costruiti dall'uomo. I raggi gamma sono emessi da una vasta gamma di oggetti cosmici come quasar, che sono galassie attive con un nucleo altamente energetico.

L'intensità della radiazione emessa da questi sistemi può variare in tempi molto brevi, fino a un minuto. Gli scienziati quindi ritenevano che la sorgente di questa radiazione fosse molto piccola e situata nelle vicinanze di un buco nero supermassiccio, che può avere una massa diversi miliardi di volte quella del sole. Si pensa che il buco nero divori la materia che vi precipita dentro e ne espelle una piccola parte sotto forma di grandi getti di plasma a velocità relativistiche, vicino alla velocità della luce, contribuendo così alla ridistribuzione della materia in tutto l'universo.

Utilizzando l'H.E.S.S. osservatorio in Namibia, una collaborazione internazionale di astrofisica ha osservato una radiogalassia (una galassia molto luminosa se osservata a lunghezze d'onda radio) per oltre 200 ore con una risoluzione senza pari. Essendo la radiogalassia più vicina alla Terra, Centaurus A è favorevole agli scienziati per un tale studio, consentendo loro di identificare la regione che emette la radiazione ad altissima energia mentre studia la traiettoria dei getti di plasma. Sono stati in grado di dimostrare che la sorgente di raggi gamma si estende su una distanza di diverse migliaia di anni luce.

Questa emissione estesa indica che l'accelerazione delle particelle non avviene esclusivamente in prossimità del buco nero, ma anche lungo l'intera lunghezza dei getti di plasma. Sulla base di questi nuovi risultati, si ritiene ora che le particelle siano riaccelerate da processi stocastici lungo il getto. La scoperta suggerisce che molte radiogalassie con getti estesi accelerano gli elettroni a energie estreme e potrebbero emettere raggi gamma, forse spiegando le origini di una frazione sostanziale della radiazione gamma extragalattica diffusa di fondo.

Questi risultati forniscono nuove importanti informazioni sugli emettitori di raggi gamma cosmici, e in particolare sul ruolo delle radiogalassie come acceleratori di elettroni relativistici altamente efficienti. A causa del loro grande numero, sembrerebbe che le radiogalassie collettivamente diano un contributo altamente significativo alla ridistribuzione dell'energia nel mezzo intergalattico. I risultati di questo studio hanno richiesto ampie osservazioni e tecniche di analisi ottimizzate con H.E.S.S., l'osservatorio di raggi gamma più sensibile fino ad oggi. Telescopi di nuova generazione (Cherenkov Telescope Array, o CTA) dovrebbe consentire di osservare questo fenomeno in modo ancora più dettagliato.