Comunicato Stampa

Gli astronomi mappano i campi magnetici al confine del buco nero di M87

24 Marzo 2021

La collaborazione dell'Event Horizon Telescope (EHT), che ha prodotto la prima immagine in assoluto di un buco nero, ha rivelato oggi una nuova veduta dell'oggetto massiccio al centro della galassia Messier 87 (M87): il suo aspetto in luce polarizzata. Questa è la prima volta in cui gli astronomi sono stati in grado di misurare la polarizzazione, un segnale della presenza dei campi magnetici, così vicino al confine di un buco nero. Le osservazioni sono fondamentali per spiegare come la galassia M87, a 55 milioni di anni luce di distanza da noi, sia in grado di lanciare dal nucleo getti energetici.

"Stiamo ora vedendo la prossima prova cruciale per capire come si comportano i campi magnetici intorno ai buchi neri e come l'attività in questa regione molto compatta dello spazio possa lanciare potenti getti che si estendono ben oltre la galassia", afferma Monika Mościbrodzka, coordinatrice del gruppo di lavoro sulla polarimetria di EHT e assistente professore presso l'Università Radboud University nei Paesi Bassi.

Il 10 aprile 2019 è stata pubblicata la prima immagine di un buco nero che mostrava una struttura luminosa ad anello e una regione centrale scura: l'ombra del buco nero. Da allora, la collaborazione EHT ha approfondito lo studio dei dati dell'oggetto supermassiccio nel cuore della galassia M87 raccolti nel 2017. Hanno scoperto che una frazione significativa della luce intorno al buco nero di M87 è polarizzata.

"Questo lavoro è una pietra miliare importante: la polarizzazione della luce trasporta informazioni che ci consentono di comprendere meglio la fisica che porta all'immagine che abbiamo visto nell'aprile 2019, cosa che prima non era possibile", spiega Iván Martí-Vidal, uno dei Coordinatori del gruppo di lavoro sulla polarimetria di EHT e ricercatore eminente del piano GenT presso l'Università di Valencia, in Spagna, e aggiunge che "svelare questa nuova immagine a luce polarizzata ha richiesto anni di lavoro a causa delle complesse tecniche necessarie per ottenere e analizzare i dati".

La luce diventa polarizzata quando passa attraverso determinati filtri, come le lenti degli occhiali da sole polarizzati, o quando viene emessa in regioni calde dello spazio in cui sono presenti campi magnetici. Nello stesso modo in cui gli occhiali da sole polarizzati ci aiutano a vedere meglio riducendo i riflessi e l'abbagliamento dovuto alle superfici brillanti, gli astronomi possono rendere più nitida la loro visione della regione intorno al buco nero osservando come sia polarizzata la luce che ne esce. In particolare, la polarizzazione consente agli astronomi di mappare le linee del campo magnetico presenti al bordo interno del buco nero.

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

I getti luminosi di energia e materia che emergono dal nucleo di M87 e si estendono per almeno 5000 anni luce dal centro sono una delle caratteristiche più misteriose ed energetiche della galassia. La maggior parte della materia che si trova vicino al confine di un buco nero ci cade dentro. Tuttavia, alcune delle particelle sfuggono dai dintorni pochi istanti prima della cattura e vengono lanciate nello spazio sotto forma di getti.

Gli astronomi hanno sviluppato diversi modelli di come si comporta la materia vicino al buco nero per comprendere meglio questo processo. Ma ancora non sanno esattamente come vengono lanciati dei getti più grandi della galassia dalla regione centrale, che è di dimensioni paragonabili al Sistema Solare, né come esattamente la materia cada 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 guardare nella regione appena fuori dal buco nero dove avviene l'interazione tra la materia che fluisce verso l'interno e quella che viene espulsa.

Le osservazioni forniscono nuove informazioni sulla struttura dei campi magnetici appena fuori dal buco nero. L'equipe ha scoperto che solo i modelli teorici con gas fortemente magnetizzati possono spiegare ciò che si vede all'orizzonte degli eventi.

"Le osservazioni suggeriscono che i campi magnetici al bordo del buco nero sono abbastanza forti da respingere il gas caldo e aiutarlo a resistere alla forza di gravità. Solo il gas che scivola attraverso il campo può spiraleggiare verso l'interno fino all'orizzonte degli eventi", spiega Jason Dexter, assistente professore presso l'Università del Colorado a Boulder, negli Stati Uniti, e coordinatore del gruppo di lavoro teorico dell'EHT.

Per osservare il cuore della galassia M87, la collaborazione ha collegato otto telescopi in tutto il mondo, tra cui ALMA (l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) nel Cile settentrionale e l'Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), di cui l'ESO (European Southern Observatory) è 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 grazie alla loro posizione meridionale migliorano la qualità dell'immagine aggiungendo un'estensione geografica alla rete EHT, gli scienziati europei sono stati in grado di svolgere un ruolo centrale nella ricerca", afferma Ciska Kemper, responsabile scientifica per la parte europea del programma ALMA gestito dall'ESO. "Con le sue 66 antenne, ALMA domina la raccolta complessiva del segnale in luce polarizzata, mentre APEX è stato essenziale per la calibrazione dell'immagine."

"I dati di ALMA sono stati cruciali anche per calibrare, visualizzare e interpretare le osservazioni di EHT, imponendo stretti vincoli sui modelli teorici che spiegano come si comporta la materia vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero", aggiunge Ciriaco Goddi, scienziato della Radboud University e dell'Osservatorio di Leiden, nei Paesi Bassi, che ha condotto una ricerca di complemento basata solo sulle osservazioni di ALMA.

"The EHT is making rapid advancements, with technological upgrades being done to the network and new observatories being added. We expect future EHT observations to reveal more accurately the magnetic field structure around the black hole and to tell us more about the physics of the hot gas in this region," concludes EHT collaboration member Jongho Park, an East Asian Core Observatories Association Fellow at the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipei.

"L'EHT sta facendo rapidi progressi, con aggiornamenti tecnologici della rete di telescopi e l'aggiunta di nuovi osservatori. Ci aspettiamo che le future osservazioni con EHT rivelino più accuratamente la struttura del campo magnetico intorno al buco nero e ci spieghino meglio la fisica del gas caldo in questa regione", conclude il membro della collaborazione EHT Jongho Park, borsista della East Asian Core Observatories Association presso l'Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics di Taipei.

Ulteriori Informazioni

Questi risultati sono stati presentati in due articoli della collaborazione EHT pubblicati oggi dalla rivista The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" (doi: 10.3847/2041-8213/abe71d) e "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" (doi: 10.3847/2041-8213/abe4de). Una ricerca correlata è stata pubblicata nell'articolo "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" (doi: 10.3847/2041-8213/abee6a) di Goddi, Martí-Vidal, Messias, e la collaborazione EHT, accettato per la pubblicazione dalla rivista The Astrophysical Journal Letters.

La collaborazione EHT coinvolge oltre 300 ricercatori provenienti da Africa, Asia, Europa, Nord e Sud America. La collaborazione internazionale sta lavorando per catturare le immagini del buco nero più dettagliate di sempre creando un telescopio virtuale di dimensioni pari a quelle della Terra. Sostenuto da considerevoli investimenti internazionali, l'EHT collega i telescopi esistenti usando nuovi sistemi - creando uno strumento fondamentalmente nuovo con il più alto potere risolutivo angolare che sia mai stato raggiunto.

I singoli telescopi coinvolti sono; ALMA, APEX, il Telescopio da 30 metri IRAM, l'Osservatorio NOEMA di IRAM, il James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), il Large Millimeter Telescope (LMT), il Submillimeter Array (SMA), il Submillimeter Telescope (SMT), il Telescopio al Polo Sud (SPT), il telescopio Kitt Peak e il Greenland Telescope (GLT).

Il consorzio EHT è composto da 13 istituti partecipanti; l'Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, l'Università dell'Arizona, l'Università di Chicago, l'Osservatorio dell'Asia orientale, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radioastronomy, MIT Haystack Observatory, l'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone, il Perimeter Institute for Theoretical Physics, la Radboud University e lo Smithsonian Astrophysical Observatory.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

Il gruppo di ricerca BlackHoleCam ha ricevuto nel 2013 un finanziamento dal Consiglio di Ricerca Europeo per la somma di 14 milioni di € nel campo dei Synergy Grant, sotto la guida di Heino Falcke, Luciano Rezzolla e Michael Kramer e con gli instituti partner JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA e ESO. BlackHoleCam fa parte della collaborazione EHT.

Links

• Articoli scientifici
  
  • Paper VII
  • Paper VIII
  • Goddi et al.
• Sito Web EHT
• Immagini di ALMA
• Immagini di APEX 
• Sito Web ESO per EHT
• Il blog dell'ESO: una chiacchierata sul progetto EHT
• Per i ricercatori: avete una storia da raccontare? Inviateci il vostro articolo scientifico

Contatti

Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel.: +31-24-36-52485
E-mail: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Tel.: +34 963 543 078
E-mail: i.marti-vidal@uv.es

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel.: +49(0)89-3200-6447
E-mail: Francisca.Kemper@eso.org

Andrew Chael
Princeton University Center for Theoretical Science
Princeton, New Jersey, USA
E-mail: achael@princeton.edu

Jason Dexter
University of Colorado Boulder
Boulder, Colorado, USA
Tel.: +1 303-492-7836
E-mail: jason.dexter@colorado.edu

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
Taipei
Tel.: +886-2-2366-5462
E-mail: jpark@asiaa.sinica.edu.tw

Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
E-mail: c.goddi@astro.ru.nl

Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel.: +31 (0)6 84526627
E-mail: s.issaoun@astro.ru.nl

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Tel.: +31-521-596515
Cell.: +31-62120 1419
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Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso2105.