Comunicato Stampa

Catturato il buco nero supermassiccio nascosto in un anello di polvere cosmica

16 Febbraio 2022

Il VLTI (Very Large Telescope Interferometer) dell'ESO (European Southern Observatory) ha osservato una nube di polvere cosmica, al centro della galassia Messier 77, che nasconde un buco nero supermassiccio. I risultati hanno confermato le previsioni fatte circa 30 anni fa e stanno offrendo agli astronomi nuove informazioni sui "nuclei galattici attivi", oggetti tra i più luminosi ed enigmatici dell'universo.

I nuclei galattici attivi (AGN) sono sorgenti estremamente energetiche alimentate da buchi neri supermassicci che si trovano al centro di alcune galassie. Questi buchi neri si nutrono di grandi volumi di polvere e gas cosmici. Prima di essere divorato, questo materiale si muove a spirale verso il buco nero e nel processo vengono rilasciate enormi quantità di energia che spesso eclissano la luce di tutte le stelle della galassia.

Gli astronomi erano curiosi di comprendere gli AGN sin dagli anni '50, quando questi oggetti luminosi sono stati individuati per la prima volta. Ora, grazie al VLTI dell'ESO, un'equipe di ricercatori, guidato da Violeta Gámez Rosas dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi, ha compiuto un passo fondamentale verso la comprensione del loro funzionamento e il loro aspetto a distanza ravvicinata. I risultati vengono pubblicati oggi su Nature.

Effettuando osservazioni straordinariamente dettagliate del centro della galassia Messier 77, nota anche come NGC 1068, Gámez Rosas e il suo team hanno trovato uno spesso anello di polvere e gas cosmici che nasconde un buco nero supermassiccio. Questa scoperta fornisce prove vitali a sostegno di una teoria vecchia di 30 anni nota come Modello Unificato degli AGN.

Gli astronomi sanno che esistono diversi tipi di AGN. Per esempio, alcuni rilasciano esplosioni di onde radio mentre altri non lo fanno; alcuni AGN brillano intensamente in luce visibile, mentre altri, come Messier 77, sono più tenui. Il Modello Unificato afferma che, nonostante le loro differenze, tutti gli AGN hanno la stessa struttura di base: un buco nero supermassiccio circondato da uno spesso anello di polvere.

Secondo questo modello, qualsiasi differenza di aspetto tra gli AGN risulta dall'orientamento con cui osserviamo dalla Terra il buco nero e il suo spesso anello. Il tipo di AGN che vediamo dipende da quanto l'anello oscura il buco nero dal nostro punto di vista, nascondendolo completamente in alcuni casi.

Gli astronomi avevano già trovato alcune prove a sostegno del Modello Unificato, tra cui la polvere calda trovata al centro di Messier 77. Tuttavia, rimanevano dei dubbi sul fatto che questa polvere potesse nascondere completamente un buco nero e quindi spiegare perché questo AGN brilla meno in luce visibile rispetto ad altri.

"La vera natura delle nubi di polvere e il loro ruolo sia nell'alimentare il buco nero che nel determinare come appare quando osservato dalla Terra sono state questioni centrali negli studi degli AGN negli ultimi tre decenni", spiega Gámez Rosas. "Anche se nessun risultato singolo risolverà tutte le domande, abbiamo compiuto un passo avanti importante nella comprensione di come funzionano gli AGN".

Le osservazioni sono state rese possibili grazie allo strumento MATISSE (Multi AperTure Mid-Infrared SpectroScopic Experiment) montato sul VLTI dell'ESO, ubicato nel deserto di Atacama in Cile. MATISSE combina la luce infrarossa raccolta da tutti e quattro i telescopi da 8,2 metri del VLT (Very Large Telescope) dell'ESO utilizzando una tecnica chiamata interferometria. L'equipe ha utilizzato MATISSE per scansionare il centro di Messier 77, una galassia a 47 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione della Balena.

“MATISSE è in grado di vedere un'ampia gamma di lunghezze d'onda infrarosse, il che ci consente di vedere attraverso la polvere e di misurare con precisione le temperature. Poiché il VLTI è in realtà un interferometro molto grande, ci fornisce la risoluzione per vedere cosa accade anche nelle galassie lontane come Messier 77. Le immagini che abbiamo ottenuto descrivono in dettaglio le variazioni di temperatura e l'assorbimento delle nubi di polvere intorno al buco nero," aggiunge il coautore Walter Jaffe, professore all'Università di Leiden.

Combinando i cambiamenti nella temperatura della polvere (da temperatura ambiente a circa 1200 °C) causati dall'intensa radiazione del buco nero con le mappe di assorbimento, l'equipe ha costruito un quadro dettagliato della distribuzione della polvere e ha individuato il punto in cui deve trovarsi il buco nero. La distribuzione della polvere, in uno spesso anello interno e in un disco più esteso, con il buco nero al centro, conferma il Modello Unificato. Per definire meglio l'immagine l'equipe ha anche utilizzato i dati di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), di cui l'ESO è partner, e del VLBA (Very Long Baseline Array) del National Radio Astronomy Observatory.

"I nostri risultati dovrebbero portare a una migliore comprensione del funzionamento interno degli AGN", conclude Gámez Rosas. "Potrebbero anche aiutarci a capire meglio la storia della Via Lattea, che ospita al centro un buco nero supermassiccio che potrebbe essere stato attivo in passato".

I ricercatori stanno ora cercando di utilizzare il VLTI dell'ESO per trovare ulteriori prove a sostegno del Modello Unificato degli AGN, studiando un campione più ampio di galassie.

Bruno Lopez, Principal Investigator di MATISSE presso l'Observatoire de la Côte d'Azur di Nizza, in Francia, e membro dell'equipe di lavoro afferma: "Messier 77 è un importante prototipo di AGN e una motivazione meravigliosa per espandere il nostro programma di osservazione e ottimizzare MATISSE per affrontare un campione più ampio di AGN".

Anche l'ELT (Extremely Large Telescope) dell'ESO, che inizierà a osservare entro questo decennio, aiuterà la ricerca, fornendo risultati che completeranno le scoperte dell'equipe e consentiranno di esplorare l'interazione tra AGN e galassia.

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è stato presentato nell'articolo “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7) pubblicato dalla rivista Nature.

L'equipe è composta da Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Paesi Bassi [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germania [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Francia [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germania [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Paesi Bassi; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Paesi Bassi), Bruno Lopez (OCA), Stéphane Lagarde (OCA), Gerd Weigelt (MPIfR), Philippe Berio (OCA), Fatme Allouche (OCA), Sylvie Robbe-Dubois (OCA), Pierre Cruzalèbes (OCA), Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, Paesi Bassi [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, Francia [IPAG]), Pierre Antonelli (OCA), Udo Beckmann (MPIfR), Roy van Boekel (MPIA), Philippe Bendjoya (OCA), William C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Paesi Bassi [API]), Julien Drevon (OCA), Jack F. Gallimore (Department of Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, Pennsylvania, USA), Uwe Graser (MPIA), Matthias Heininger (MPIfR), Vincent Hocdé (OCA), Michiel Hogerheijde (Leiden; API), Josef Hron (Department of Astrophysics, University of Vienna, Austria), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1st Institute of Physics, University of Cologne, Germania), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (European Southern Observatory, Santiago, Cile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Cile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (European Southern Observatory, Garching bei München, Germania [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Germania), Gideon Yoffe (MPIA), e Gerard Zins (ESO-Chile).

MATISSE è stato progettato, finanziato e costruito, in stretta collaborazione con l'ESO, da un consorzio composto da istituti francesi (J.-L. Lagrange Laboratory — INSU-CNRS — Côte d'Azur Observatory — University of Nice Sophia-Antipolis), tedeschi (MPIA, MPIfR e Università di Kiel), olandesi (NOVA e Università di Leiden) e austriaci (Università di Vienna). Anche l'Osservatorio Konkoly e l'Università di Colonia hanno fornito supporto nella produzione dello strumento.

L'ESO (European Southern Observatory o Osservatorio Europeo Australe) consente agli scienziati di tutto il mondo di scoprire i segreti dell'Universo a beneficio di tutti. Progettiamo, costruiamo e gestiamo da terra osservatori di livello mondiale - che gli astronomi utilizzano per affrontare temi interessanti e diffondere il fascino dell'astronomia - e promuoviamo la collaborazione internazionale per l'astronomia. Fondato come organizzazione intergovernativa nel 1962, oggi l'ESO è sostenuto da 16 Stati membri (Austria, Belgio, Danimarca, Francia, Finlandia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia e Svizzera), insime con il paese che ospita l'ESO, il Cile, e l'Australia come partner strategico. Il quartier generale dell'ESO e il Planetario e Centro Visite Supernova dell'ESO si trovano vicino a Monaco, in Germania, mentre il deserto cileno di Atacama, un luogo meraviglioso con condizioni uniche per osservare il cielo, ospita i nostri telescopi. L'ESO gestisce tre siti osservativi: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l’ESO gestisce il VLT (Very Large Telescope) e il VLTI (Very Large Telescope Interferometer), così come due telescopi per survey, VISTA, che lavora nell'infrarosso, e VST (VLT Survey Telescope) in luce visibile. Sempre a Paranal l'ESO ospiterà e gestirà la schiera meridionale di telescopi di CTA, il Cherenkov Telescope Array Sud, il più grande e sensibile osservatorio di raggi gamma del mondo. Insieme con partner internazionali, l’ESO gestisce APEX e ALMA a Chajnantor, due strutture che osservano il cielo nella banda millimetrica e submillimetrica. A Cerro Armazones, vicino a Paranal, stiamo costruendo "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo" - l'ELT (Extremely Large Telescope, che significa Telescopio Estremamente Grande) dell'ESO. Dai nostri uffici di Santiago, in Cile, sosteniamo le operazioni nel paese e collaboriamo con i nostri partner e la società cileni.

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.

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Leiden, the Netherlands
Tel.: +31 71 527 5737
E-mail: gamez@strw.leidenuniv.nl

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Leiden, the Netherlands
Tel.: +31 71 527 5737
E-mail: jaffe@strw.leidenuniv.nl

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso2203.