Anche il più supermassiccio dei buchi neri supermassicci non è molto grande, rendendo estremamente difficile misurare le loro dimensioni. Però, gli astronomi hanno recentemente sviluppato una nuova tecnica in grado di stimare la massa di un buco nero in base al movimento del gas caldo intorno a loro, anche quando il buco nero stesso è più piccolo di un singolo pixel.

I buchi neri supermassicci sono circondati da tonnellate di plasma surriscaldato. Quel plasma vortica intorno al buco posteriore, formando un toroide e un disco di accrescimento che alimenta continuamente materiale nel buco nero. A causa dell'estrema gravità, quel gas si muove incredibilmente velocemente e brilla ferocemente. È quella luce che identifichiamo come un quasar, che può essere visto da tutto l'universo.

Mentre i quasar sono relativamente facili da individuare, è molto più difficile quantificare le proprietà del buco nero centrale. Ora Felice Bosco, in stretta collaborazione con Jörg-Uwe Pott, entrambi del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, ed ex ricercatori MPIA Jonathan Stern (ora Università di Tel Aviv, Israele) e Joseph Hennawi (ora UC Santa Barbara; Stati Uniti e Università di Leiden, Paesi Bassi), è riuscito per la prima volta a dimostrare la fattibilità di determinare direttamente la massa di un quasar utilizzando una tecnica chiamata spettroastrometria.

La spettroastrometria si basa sull'osservazione dell'area intorno al buco nero. Mentre il gas vortica intorno ad esso, parte di essa si sposterà nella nostra direzione e parte se si allontanerà. La porzione del gas che si muoverà verso di noi sarà spostata verso il blu, e la parte che si allontana si sposterà più rossa. Anche se il buco nero centrale e il disco di accrescimento sono troppo piccoli per essere risolti, la tecnica può ancora essere applicata a regioni più lontane, e attraverso la modellazione i ricercatori possono stimare una massa.

"Separando le informazioni spettrali e spaziali nella luce raccolta, nonché modellando statisticamente i dati misurati, possiamo ricavare distanze molto inferiori a un pixel dell'immagine dal centro del disco di accrescimento, " ha spiegato Bosco.

Il team ha applicato con successo questa tecnica a J2123-0050, un quasar attivo quando l'universo aveva appena 2,9 miliardi di anni. Hanno scoperto che il buco nero centrale pesava 1,8 miliardi di masse solari. Portando questa tecnica al livello successivo e prendendo di mira i primi quasar, però, richiederanno alcuni nuovi telescopi.

Joe Hennawi aggiunge, "Con la sensibilità notevolmente aumentata del James Webb Space Telescope (JWST) e dell'Extremely Large Telescope (ELT, con un diametro dello specchio primario di 39 metri) attualmente in costruzione, saremo presto in grado di determinare le masse dei quasar ai più alti redshift." Jörg-Uwe Pott, che guida anche i contributi di Heidelberg alla prima fotocamera nel vicino infrarosso di ELT, MICADO, aggiunge, "Lo studio di fattibilità ora pubblicato ci aiuta a definire e preparare i nostri programmi di ricerca ELT pianificati".