La collaborazione Event Horizon Telescope (EHT), che ha prodotto la prima immagine in assoluto di un buco nero, ha rivelato oggi una nuova visione dell'oggetto massiccio al centro della galassia Messier 87 (M87):come appare in luce polarizzata. Questa è la prima volta che gli astronomi sono stati in grado di misurare la polarizzazione, una firma di campi magnetici, questo vicino al bordo di un buco nero. Le osservazioni sono fondamentali per spiegare come la galassia M87, situato a 55 milioni di anni luce di distanza, è in grado di lanciare getti energetici dal suo nucleo.

"Ora stiamo vedendo la prossima prova cruciale per capire come si comportano i campi magnetici attorno ai buchi neri, e come l'attività in questa regione molto compatta dello spazio può guidare potenti getti che si estendono ben oltre la galassia, "dice Monika Moscibrodzka, Coordinatore dell'EHT Polarimetry Working Group e Assistant Professor presso la Radboud University nei Paesi Bassi.

Il 10 aprile 2019, gli scienziati hanno rilasciato la prima immagine di un buco nero, rivelando una struttura ad anello luminosa con una regione centrale scura:l'ombra del buco nero. Da allora, la collaborazione EHT ha approfondito i dati sull'oggetto supermassiccio nel cuore della galassia M87 raccolti nel 2017. Hanno scoperto che una frazione significativa della luce attorno al buco nero M87 è polarizzata.

"Questo lavoro è un'importante pietra miliare:la polarizzazione della luce trasporta informazioni che ci consentono di comprendere meglio la fisica dietro l'immagine che abbiamo visto nell'aprile 2019, che prima non era possibile, " spiega Iván Martí-Vidal, anche coordinatore dell'EHT Polarimetry Working Group e ricercatore distinto GenT presso l'Università di Valencia, Spagna. Lui dice, "La rivelazione di questa nuova immagine a luce polarizzata ha richiesto anni di lavoro a causa delle complesse tecniche coinvolte nell'ottenimento e nell'analisi dei dati".

La luce diventa polarizzata quando passa attraverso determinati filtri, come le lenti degli occhiali da sole polarizzati, o quando viene emesso in regioni calde dello spazio dove sono presenti campi magnetici. Allo stesso modo in cui gli occhiali da sole polarizzati migliorano la visione riducendo i riflessi e l'abbagliamento da superfici luminose, gli astronomi possono affinare la loro visione della regione intorno al buco nero osservando come viene polarizzata la luce proveniente da esso. Nello specifico, la polarizzazione consente agli astronomi di mappare le linee del campo magnetico presenti sul bordo interno del buco nero.

"Le immagini polarizzate appena pubblicate sono la chiave per capire come il campo magnetico consente al buco nero di 'mangiare' materia e lanciare potenti getti, " dice Andrew Chael, membro della collaborazione EHT, un Hubble Fellow della NASA presso il Princeton Center for Theoretical Science e la Princeton Gravity Initiative negli Stati Uniti.

I luminosi getti di energia e materia che emergono dal nucleo di M87 e si estendono per almeno 5, 000 anni luce dal suo centro sono una delle caratteristiche più misteriose ed energetiche della galassia. La maggior parte della materia che giace vicino al bordo di un buco nero cade dentro. Tuttavia, alcune delle particelle circostanti sfuggono pochi istanti prima della cattura e vengono espulse nello spazio sotto forma di getti.

Gli astronomi si sono affidati a modelli di comportamento della materia vicino al buco nero per comprendere meglio questo processo. Ma ancora non sanno esattamente come vengono lanciati getti più grandi della galassia stessa dalla sua regione centrale, che è di dimensioni paragonabili al sistema solare, né come, Esattamente, la materia cade nel buco nero. Con la nuova immagine EHT del buco nero e della sua ombra in luce polarizzata, gli astronomi sono riusciti per la prima volta a esaminare la regione appena al di fuori del buco nero dove si sta verificando questa interazione tra la materia che entra e viene espulsa.

Le osservazioni forniscono nuove informazioni sulla struttura dei campi magnetici appena fuori dal buco nero. Il team ha scoperto che solo i modelli teorici con gas fortemente magnetizzato possono spiegare cosa stanno vedendo all'orizzonte degli eventi.

"Le osservazioni suggeriscono che i campi magnetici ai margini del buco nero sono abbastanza forti da respingere il gas caldo e aiutarlo a resistere all'attrazione della gravità. Solo il gas che scivola attraverso il campo può spiraleggiare verso l'interno verso l'orizzonte degli eventi, " spiega Jason Dexter, professore assistente presso l'Università del Colorado Boulder, NOI, e coordinatore dell'EHT Theory Working Group.

Per osservare il cuore della galassia M87, la collaborazione ha collegato otto telescopi in tutto il mondo, tra cui l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array con sede nel Cile settentrionale e l'Atacama Pathfinder EXperiment, in cui l'Osservatorio europeo meridionale (ESO) è un partner, per creare un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra, l'EHT. L'impressionante risoluzione ottenuta con l'EHT è equivalente a quella necessaria per misurare la lunghezza di una carta di credito sulla superficie della luna.

"Con ALMA e APEX, che attraverso la loro posizione meridionale migliorano la qualità dell'immagine aggiungendo diffusione geografica alla rete EHT, Gli scienziati europei hanno potuto svolgere un ruolo centrale nella ricerca, "dice Ciska Kemper, Scienziato europeo del programma ALMA presso l'ESO. "Con le sue 66 antenne, ALMA domina l'intera raccolta di segnali in luce polarizzata, mentre APEX è stato essenziale per la calibrazione dell'immagine."

"I dati di ALMA sono stati fondamentali anche per calibrare, immagine e interpretare le osservazioni EHT, fornendo vincoli stringenti sui modelli teorici che spiegano come si comporta la materia vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, "aggiunge Ciriaco Goddi, uno scienziato alla Radboud University e all'Osservatorio di Leida, Paesi Bassi, che ha condotto uno studio di accompagnamento che si basava solo sulle osservazioni di ALMA.

La configurazione EHT ha permesso al team di osservare direttamente l'ombra del buco nero e l'anello di luce che lo circonda. La nuova immagine a luce polarizzata mostra chiaramente che l'anello è magnetizzato. I risultati sono pubblicati oggi in due articoli separati in Lettere per riviste astrofisiche dalla collaborazione EHT. La ricerca ha coinvolto oltre 300 ricercatori provenienti da più organizzazioni e università in tutto il mondo.

"L'EHT sta facendo rapidi progressi, con l'aggiornamento tecnologico della rete e l'aggiunta di nuovi osservatori. Ci aspettiamo che le future osservazioni dell'EHT rivelino in modo più accurato la struttura del campo magnetico attorno al buco nero e ci dicano di più sulla fisica del gas caldo in questa regione, " conclude Jongho Park, membro della collaborazione EHT, membro dell'East Asian Core Observatories Association presso l'Istituto di Astronomia e Astrofisica dell'Academia Sinica di Taipei.

Questa ricerca è stata presentata in due articoli della collaborazione EHT pubblicati oggi su The Lettere per riviste astrofisiche :"Risultati del primo telescopio M87 Event Horizon VII:Polarizzazione dell'anello" (DOI:10.3847/2041-8213/abe71d) e "Risultati del primo telescopio M87 Event Horizon VIII:struttura del campo magnetico vicino all'orizzonte degli eventi" (DOI:10.3847/2041 -8213/abe4de). La ricerca di accompagnamento è presentata nel documento "Proprietà polarimetriche degli obiettivi del telescopio Event Horizon di ALMA" (DOI:10.3847/2041-8213/abee6a) di Goddi, Martí-Vidal, Messia, e la collaborazione EHT, che è stato accettato per la pubblicazione in The Lettere per riviste astrofisiche .