Alcuni buchi neri supermassicci lanciano potenti fasci di materiale, o getti, mentre altri no. Gli astronomi potrebbero ora aver identificato il motivo.

Utilizzando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, XMM-Newton dell'ESA, ROentgen SAtellite tedesco (ROSAT), Karl G. Jansky Very Large Array della NSF, la Sloan Digital Sky Survey, e altri telescopi, i ricercatori hanno studiato più di 700 quasar, buchi neri supermassicci in rapida crescita, per isolare i fattori che determinano il motivo per cui questi buchi neri lanciano getti.

I getti dei buchi neri supermassicci possono iniettare enormi quantità di energia nell'ambiente circostante e influenzare fortemente l'evoluzione dei loro ambienti. In precedenza, gli scienziati si sono resi conto che un buco nero supermassiccio deve ruotare rapidamente per guidare getti potenti, ma non tutti i buchi neri che ruotano rapidamente hanno getti.

"Abbiamo scoperto che c'è un altro fattore determinante per sapere se un buco nero supermassiccio ha getti, qualcosa chiamato un buco nero corona attraversato da campi magnetici, " ha detto Shifu Zhu della Penn State University di University Park, Pennsylvania, che ha condotto lo studio. "Se non hai una corona del buco nero che è brillante ai raggi X, sembra che tu non abbia potenti getti di buchi neri."

In astronomia, il termine "corona" è comunemente associato all'atmosfera esterna del sole. Corone di buchi neri, d'altra parte, sono regioni di gas caldo diffuso che si trovano sopra e sotto un disco di materiale molto più denso che vortica intorno alla dolina gravitazionale. Come la corona intorno al sole, le corone dei buchi neri sono filettate con forti campi magnetici.

"È come cuocere il pane dove servono pochi ingredienti per seguire con successo la ricetta di una pagnotta, " ha detto il co-autore Niel Brandt, anche di Penn State. "I nostri risultati mostrano che un ingrediente di cui non si può fare a meno quando si "creano" potenti getti quasar è una corona luminosa".

Il team ha ottenuto i risultati acquisendo una migliore comprensione dell'emissione di raggi X dai quasar. Studi precedenti avevano dimostrato che i quasar senza getti mostrano un legame caratteristico tra la forza dei loro raggi X e l'emissione di ultravioletti. Questa correlazione è spiegata dalla luce ultravioletta del disco del buco nero che colpisce le particelle nella corona. L'aumento di energia risultante converte la luce ultravioletta in raggi X.

Nel nuovo studio il team ha scelto di studiare il comportamento dei quasar che hanno getti. Hanno trovato una correlazione tra la luminosità dei diversi quasar nei raggi X e la luce ultravioletta che è notevolmente simile a quella trovata per i quasar senza getti. Hanno concluso che l'emissione di raggi X nei quasar alimentati a getto è prodotta anche da una corona di buchi neri.

Questa conclusione è stata una sorpresa. In precedenza, gli astronomi pensavano che l'emissione di raggi X dai quasar con getti provenisse dalla base dei getti perché i quasar con getti tendono ad essere più luminosi nei raggi X rispetto a quelli senza. Il nuovo studio conferma questa differenza di luminosità, ma conclude che l'emissione extra di raggi X proviene da corone di buchi neri più luminose di quelle di quasar con getti più deboli o inesistenti.

"La scoperta che i raggi X nei quasar con getti proviene da una corona di un buco nero, piuttosto che dai getti, sfida 35 anni di riflessione sulla natura fondamentale di questa emissione, " ha detto il co-autore Guang Yang della Texas A&M University di College Station, Texas. "Potrebbe fornire nuove informazioni sulla fisica di questi getti".

Un'importante implicazione del loro lavoro è che per produrre potenti getti un quasar deve avere una brillante corona di buco nero, infilato da forti campi magnetici, oltre a un buco nero in rapida rotazione. I quasar con corone di buchi neri più deboli e campi magnetici più deboli hanno getti meno potenti o inesistenti, indipendentemente dal fatto che i loro buchi neri supermassicci ruotino rapidamente.

"Sia i potenti getti di un quasar che la brillante corona che si verificano insieme possono essere fondamentalmente guidati da campi magnetici, " disse Zhu.

Campi magnetici più forti possono derivare da un disco più spesso causato da una maggiore quantità di materia che cade nel buco nero.

Questi risultati sono simili a quelli trovati per i buchi neri di massa stellare, che pesano meno di cento volte la massa del sole, rispetto ai buchi neri supermassicci che pesano milioni o miliardi di volte la massa del sole. Ciò supporta l'idea che queste due diverse classi di buchi neri possano essere simili in termini di comportamento nonostante le loro dimensioni molto diverse.

Il campione del team è composto da 729 quasar con jet. Chandra, XMM-Newton, e i dati ROSAT sono stati utilizzati per 212, 278, e 239 quasar rispettivamente. Le dimensioni e la qualità del campione del team spiegano perché sono stati in grado di scoprire la causa dell'emissione di raggi X.