26 Giugno 2023
15:16

Il risveglio del buco nero supermassiccio Sagittarius A* avvenuto 200 anni fa

Il telescopio a raggi X Ixpe della NASA è riuscito a risalire ad un episodio di accrescimento di materia avvenuto attorno al buco nero Sagittarius A* al centro della Via Lattea circa 200 anni fa.

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Il risveglio del buco nero supermassiccio Sagittarius A* avvenuto 200 anni fa
Sagittarius A

Un nuovo studio apparso sulla rivista Nature mostra come il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea, abbia avuto un "brusco" risveglio circa 200 anni fa. Vediamo insieme i dettagli della scoperta e perchè questa notizia è interessante.

I dettagli dello studio e la sua importanza

Un gruppo internazionale di astronomi ha utilizzato i dati del telescopio spaziale Ixpe della NASA per studiare le regioni che circondano il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, noto come Sagittarius A*. Il telescopio Ixpe opera nella banda di lunghezza d'onda dei raggi X, accessibile solo dallo spazio dato che, fortunatamente per la vita biologica, i raggi X vengono completamente assorbiti dall'atmosfera.

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Immagine dell’ombra dell’orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio Sagittarius A* ottenuta utilizzando i radiotelescopi dell’Event Horizon Telescope. Credits: EHT.

Attualmente, Sagittarius A*, un mostro cosmico di circa 4 milioni di masse solari e distante da noi 25000 anni-luce, è poco attivo, nel senso che presenta una luminosità di gran lunga inferiore a quella dei nuclei galattici attivi, ovvero di quei buchi neri supermassicci che stanno attivamente inghiottendo materia.

In passato gli scienziati avevano notato emissioni di raggi X provenire da regioni vicine a Sagittarius A*, specificatamente da nubi molecolari, ovvero quelle regioni di idrogeno molecolare da cui si formano nuove stelle. Dal momento però che non esiste nessun meccanismo fisico noto che generi raggi X dalle nubi molecolari, gli scienziati hanno ipotizzato che in realtà questa emissione potesse essere stata solamente riflessa dalle nubi molecolari, additando come responsabile dell'emissione proprio Sagittarius A*.

Come è stata calcolata la data approssimativa dell'esplosione

Dal momento che i raggi X si propagano alla velocità della luce, la riflessione osservata da parte delle nubi molecolari è in realtà indice di una attività passata da parte di una sorgente vicina. Identificare quale sia la sorgente però non è semplice, specialmente se quest'ultima non li sta emettendo più quei raggi X. È qui che arriva in aiuto l'osservazione col telescopio Ipxe e in particolare il fenomeno fisico della polarizzazione della luce.

Le onde elettromagnetiche sono propagazione, come dice stesso il nome, di campi elettrici e magnetici che oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. Se l'oscillazione del campo elettrico avviene sempre lungo la stessa direzione, allora l'onda si definisce polarizzata. Dalla direzione di polarizzazione dell'onda, gli scienziati possono ricostruire la direzione da cui la radiazione elettromagnetica X sembra provenire.

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Figura che rappresenta la propagazione di un’onda elettromagnetica lungo l’asse z, con il campo elettrico e magnetico che oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione. La direzione di oscillazione del campo elettrico, se fissa, rappresenta la polarizzazione dell’onda. Credits: Francois~frwiki (CC BY–SA 4.0).

Da questa analisi si è scoperto che la direzione è proprio quella che punta a Sagittarius A*, ritenuto quindi il responsabile dell'emissione a raggi X passata. Calcolando la distanza tra le nubi e Sagittarius A* e conoscendo la velocità della luce, è possibile ricavare quando l'emissione è stata generata, ovvero circa 200 anni fa, all'inizio del 19esimo secolo. In oltre il grado di polarizzazione dell'onda elettromagnetica, cioè quanta della luce che ci giunge è polarizzata, permette anche di stimare quanto doveva essere luminoso Sagittarius A* per poter emettere dei raggi X con questo grado di polarizzazione.

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Illustrazione artistica del materiale nel disco di accrescimento in caduta nel campo gravitazionale del buco nero. Credits: NASA/JPL–Caltech

L'analisi suggerisce che questo fenomeno è stato transitorio, ma ha permesso al buco nero al centro della nostra galassia di raggiungere luminosità confrontabili a quelle dei nuclei galattici attivi presenti in altre galassie. Lo studio e le future osservazioni ci permettono sia di determinare la distribuzione tridimensionale delle nubi molecolari attorno a Sagittarius A*, sia di comprendere i processi fisici che portano al risveglio del nostro buco nero e cercare di prevedere quando futuri episodi del genere possono accadere.

Il telescopio Ixpe

Il telescopio spaziale Ixpe, acronimo di Imaging X-ray Polarimetry Explorer, è un telescopio operante nella banda dei raggi X sviluppato dalla NASA in collaborazione con l'agenzia spaziale italiana ASI. Parte dei suoi strumenti di rilevazione sono stati sviluppati, realizzati e testati dall'Istituto Nazionale di Astrofisica e dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Il telescopio si trova ad un orbita di circa 540 chilometri dalla superficie terrestre ed è stato lanciato alla fine del 2021, con una vita operativa prevista di circa due anni.

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Schema delle diverse componenti del telescopio Ixpe della NASA. Credits: NASA.

I telescopi a raggi X funzionano diversamente dai telescopi ottici a cui siamo abituati, come ad esempio l'Hubble Space Telescope, difatti essi sono più simili a dei rilevatori di particelle, piuttosto che ad un telescopio. Difatti, proprio come in un rilevatore di particelle, i telescopi a raggi X sono in grado di rilevare posizione, energia, tempo di arrivo e angolazione di ogni raggio X. Il range di energie che questo telescopio è in grado di captare è quello dei cosiddetti soft X-ray, ovvero raggi X che hanno una energia simile a quelli che sono prodotti dalle esplosioni di ordigni nucleari. Ciò ci fa rendere conto della immensa energia che il processo fisico che emette questi raggi X deve avere.

Tra gli obiettivi scientifici di Ixpe annoveriamo lo studio dei nuclei galattici attivi, lo studio del campo magnetico delle magnetar e delle pulsar, ovvero stelle di neutroni con intensissimi campi magnetici e in rapidissima rotazione, rispettivamente, e dei meccanismi di accelerazione delle particelle ad opera di questi ultimi oggetti.

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