C'è molto da fare al centro della nostra galassia. Un buco nero supermassiccio chiamato Sagittarius A-Star risiede lì, attirando materiale con la sua inesorabile attrazione gravitazionale. In quel quartiere strabiliante, dove le leggi della fisica sono al di là della comprensione, gli astronomi hanno rilevato un anello di gas freddo.
Sagittario A-Star, o Sag. A* in breve, si trova a 26.000 anni luce dalla Terra ed è circa 4 milioni di volte più massiccio del nostro Sole. Tutta quella massa significa che l'energia gravitazionale travolgente attira materiale verso A*. Ma prima che il materiale venga risucchiato, oltre l'orizzonte di sfiato, risiede in una rotazione disco di accrescimento .
Gli astronomi sanno tutto di questo da un po'. abbassamento. A* è una sorgente di raggi X brillante, perché il materiale nel disco viene compresso e riscaldato, provocando il rilascio di raggi X. Non è solo riscaldato; è surriscaldato a 10 milioni di gradi Celsius (18 milioni di gradi Fahrenheit). Gli osservatori a raggi X nello spazio sono stati in grado di vedere tutto questo fino a circa un decimo di anno luce dal buco stesso.
Una vista di Sgr A* e del buco nero supermassiccio situato a 26.000 anni luce dalla Terra al centro della Via Lattea. Credito: Chandra Telescope, NASA.
Ma c'è anche una grande quantità di gas idrogeno 'freddo' entro pochi anni luce dal buco. Questo gas è solo freddo rispetto all'altro gas. Si tratta di circa 10.000 gradi Celsius (18000 gradi Fahrenheit). Non era noto quale contributo all'ambiente del buco nero apportato da questo gas più freddo. Finora, comunque.
“Speriamo che queste nuove osservazioni di ALMA aiutino il buco nero a svelare alcuni dei suoi segreti”.
Elena Murchikova, autrice principale dell'articolo, astrofisica presso l'Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.
Ora un nuovo studio che utilizza l'Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter Array (ALMA) ci ha fornito la nostra prima immagine di questo corpo freddo di gas. I loro carta che dettaglia questo lavoro appare nel numero del 6 giugno di Nature. Ecco come hanno fatto.
C'è abbastanza radiazione vicino al centro della galassia da far perdere gli elettroni agli atomi di idrogeno. Poi li riacquistano di nuovo, in un ciclo continuo. Mentre lo fanno, la ricombinazione rilascia energia in un particolare segnale di lunghezza d'onda millimetrica. Questo segnale può viaggiare fino alla Terra con una perdita di segnale minima.
Tre dei piatti che compongono l'Atacama Large Millimeter/submillimter Array (ALMA). Credito immagine: H. Calderón – ALMA (ESO/NRAO/NAOJ)
ALMA è una macchina molto fine, potente e sensibile, ed è in grado di sintonizzarsi su questo segnale specifico. Gli astronomi hanno usato quella potenza e quella sensibilità per produrre la prima immagine in assoluto del disco di gas freddo a una distanza di solo un centesimo di anno luce da Sag. UN*. Le loro osservazioni hanno permesso agli astronomi di mappare la posizione di questa nuvola e anche di seguirne il movimento. Hanno anche misurato la dimensione della nube di idrogeno, e contiene circa un decimo della massa di Giove, o un decimillesimo della massa del Sole.
'Siamo stati i primi a visualizzare questo disco sfuggente e a studiarne la rotazione'.
Elena Murchikova, autrice principale dell'articolo, astrofisica presso l'Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.
Il effetto Doppler entra in gioco anche lui. Quando il segnale della ricombinazione dell'idrogeno viaggia verso la Terra, la sua frequenza si sposta nella parte più blu dello spettro. Mappando questi spostamenti, gli astronomi sono stati in grado di vedere che l'anello di gas sta ruotando attorno al buco nero.
L'immagine di ALMA del disco di gas idrogeno freddo che scorre intorno al buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia. I colori rappresentano il moto del gas rispetto alla Terra: la porzione rossa si sta allontanando, quindi le onde radio rilevate da ALMA sono leggermente allungate, o spostate, verso la porzione “più rossa” dello spettro; il colore blu rappresenta il gas che si muove verso la Terra, quindi le onde radio sono leggermente stropicciate, o spostate, nella porzione 'più blu' dello spettro. Il mirino indica la posizione del buco nero. Credito immagine:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E.M. Murchikova; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Poiché l'ambiente intorno a un buco nero è così caotico, ci vuole molto lavoro per capire tutto quello che sta succedendo lì. Queste informazioni aiuteranno gli scienziati a capire quell'ambiente e come un buco nero consuma la materia.
'Siamo stati i primi a visualizzare questo disco sfuggente e studiarne la rotazione', ha affermato Elena Murchikova, membro di astrofisica presso l'Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey, e autrice principale dello studio. “Stiamo anche sondando l'accrescimento sul buco nero. Questo è importante perché questo è il nostro buco nero supermassiccio più vicino. Anche così, non abbiamo ancora una buona comprensione di come funziona il suo accrescimento. Speriamo che queste nuove osservazioni di ALMA aiutino il buco nero a svelare alcuni dei suoi segreti».
Fonti:
- Comunicato stampa: Anello freddo e nebuloso attorno al buco nero supermassiccio della Via Lattea
- Documento di ricerca: Un fantastico disco di accrescimento attorno al buco nero del Centro Galattico
- Sito web ALMA