Alcuni dei buchi neri più massicci e distanti dell'universo emettono un'enorme quantità di radiazioni straordinariamente energetiche chiamate raggi gamma. Questo tipo di radiazione si verifica, Per esempio, quando la massa viene convertita in energia durante le reazioni di fissione che fanno funzionare i reattori nucleari sulla Terra. Ma nel caso dei buchi neri, la radiazione gamma è ancora più energetica di quella prodotta nei reattori nucleari ed è il prodotto di processi molto diversi; là, i raggi gamma sono creati da collisioni tra raggi luminosi e particelle altamente energetiche nate in prossimità di buchi neri mediante meccanismi ancora poco conosciuti.

Come risultato di queste collisioni tra luce e materia, le particelle energetiche danno quasi tutto il loro slancio ai raggi luminosi e li trasformano nella radiazione gamma che finisce per raggiungere la Terra.

La comunità scientifica astronomica sospetta che queste collisioni avvengano in regioni permeate da potenti campi magnetici soggetti a processi altamente variabili, come turbolenza e ricollegamenti magnetici, campi magnetici che si fondono insieme, rilasciando una quantità sorprendente di energia, che potrebbe verificarsi nei getti di materia espulsi dai buchi neri. Ma sondare questi campi magnetici a miliardi di anni luce dalla Terra richiede dispositivi molto sensibili e per trovare il momento esatto in cui avviene l'emissione di alta energia.

Questo è esattamente ciò che il gruppo di ricerca guidato da Iván Martí-Vidal, CIDEGENT ricercatore del governo di Valencia presso l'Osservatorio Astronomico e il Dipartimento di Astronomia dell'Università di Valencia, e principale autore di quest'opera, ha raggiunto. Questo team ha utilizzato ALMA (Atacama Large Millimeter Array), il telescopio più sensibile al mondo alle lunghezze d'onda millimetriche, ottenere informazioni precise sui campi magnetici di un buco nero distante, in un momento in cui le particelle energetiche stavano producendo un'enorme quantità di radiazioni gamma.

In un articolo recentemente pubblicato su Astronomia e astrofisica , gli scienziati riportano osservazioni del buco nero chiamato PKS1830-211, situato a più di 10 miliardi di anni luce dalla Terra. Queste osservazioni dimostrano che i campi magnetici nella regione dove si producono le particelle più energetiche del getto del buco nero stavano cambiando la loro struttura notevolmente in un intervallo di tempo di pochi minuti.

"Ciò implica che i processi magnetici hanno origine in regioni molto piccole e turbolente, proprio come prevedono i principali modelli di produzione di raggi gamma nei buchi neri, che mettono in relazione la turbolenza con le radiazioni gamma, " spiega Iván Martí-Vidal. "D'altra parte, i cambiamenti che abbiamo rilevato sono avvenuti durante un episodio di raggi gamma molto potente, che ci consente di correlarli in modo robusto all'emissione ad alta energia. Tutto questo ci avvicina un po' di più alla comprensione dell'origine della radiazione più energetica dell'universo, " Aggiunge.

Interferometria e nuovi algoritmi

Per analizzare questi dati, il team di Martí-Vidal ha utilizzato una tecnica di analisi avanzata che consente loro di ottenere informazioni su fonti in rapida evoluzione da osservazioni interferometriche, come quelli ottenuti con ALMA. "L'interferometria ci dà il potere di osservare l'universo con un livello di dettaglio senza pari; infatti, è la tecnica su cui si basa anche l'Event Horizon Telescope (EHT), che ha recentemente ottenuto la prima immagine di un buco nero, " dice Martí-Vidal. "Una parte del nostro progetto CIDEGENT è, infatti, dedicato allo sviluppo di algoritmi come quello che abbiamo usato in queste osservazioni di ALMA, ma applicabile a dati molto più complessi come quelli dell'EHT, che ci permetterebbe di ricostruire, in un prossimo futuro, 'film' di buchi neri, invece di semplici immagini, " dice l'astronomo dell'Università di Valencia.

Alessandro Mus, CIDEGENT ricercatore pre-dottorato presso il Dipartimento di Astronomia UV e coautore dell'articolo, sviluppa la sua tesi di dottorato in questo campo. "All'interno del progetto EHT, ci sono molti esperti di diverse istituzioni che lavorano contro il tempo per risolvere il problema della rapida variabilità della sorgente, " dice Mus. "Al momento, l'algoritmo che abbiamo sviluppato funziona con i dati di ALMA e ci ha già permesso di ottenere informazioni chiave su come cambiano i campi magnetici associati a PKS1830-211 su scale di poche decine di minuti. Speriamo di poter contribuire presto all'EHT con gli algoritmi più sofisticati su cui stiamo lavorando, " conclude.