Domenico Ascione
I buchi neri rilasciano energia sotto forma di raggi X: questo processo è un vero e proprio mistero per gli scienziati
Stiamo vivendo un periodo di grandi scoperte sul nostro universo. Le apparecchiature sempre più sofisticate costantemente impegnate a scandagliare i misteri del cosmo ci offrono, quasi ogni giorno, nuovi dettagli.
Spesso questa scoperte cambiano teorie consolidate da decenni e, in alcuni casi, scardinano tutto ciò che abbiamo sempre studiato.
Il segreto dei buchi neri
I ricercatori hanno scoperto solo di recente che i getti dei buchi neri emettono raggi X e come questi accelerino le particelle fino a raggiungere questo stato ad alta energia è ancora un mistero. Nuove sorprendenti scoperte, pubblicate su Nature Astronomy, sembrano escludere una delle principali teorie, aprendo la strada a una nuova concezione del funzionamento dell’accelerazione delle particelle nei getti – e forse anche altrove nell’universo.
Uno dei modelli principali su come i getti generano i raggi X prevede che le emissioni di raggi X dei getti rimangano stabili su lunghe scale temporali (milioni di anni). Tuttavia, il nuovo lavoro ha scoperto che le emissioni di raggi X di un numero statisticamente significativo di getti variavano nell’arco di pochi anni.
Uno dei motivi per cui siamo entusiasti della variabilità è che esistono due modelli principali per la produzione di raggi X in questi getti, e sono completamente diversi. Un modello prevede elettroni a bassissima energia e uno ad altissima energia. E uno di questi modelli è completamente incompatibile con qualsiasi tipo di variabilità Spiega l’autrice principale Eileen Meyer, astronoma dell’Università del Maryland, Baltimora County
Scoperta ad alta risoluzione
Per lo studio, gli autori hanno analizzato i dati d’archivio del Chandra X-ray Observatory, l’osservatorio a raggi X a più alta risoluzione disponibile. Il team di ricerca ha esaminato quasi tutti i getti di buchi neri per i quali Chandra disponeva di osservazioni multiple, per un totale di 155 regioni uniche all’interno di 53 getti.
Scoprire una variabilità relativamente frequente su scale temporali così brevi “è rivoluzionario nel contesto di questi getti, perché non era affatto previsto”, afferma Meyer.
Un viaggio nel tempo
Oltre a ipotizzare la stabilità delle emissioni di raggi X nel tempo, la teoria più semplice su come i getti generano i raggi X presuppone che l’accelerazione delle particelle avvenga al centro della galassia nel “motore” del buco nero che aziona il getto. Tuttavia, il nuovo studio ha rilevato rapidi cambiamenti nelle emissioni di raggi X lungo tutta la lunghezza dei getti. Ciò suggerisce che l’accelerazione delle particelle avviene lungo tutto il getto, a grandi distanze dall’origine del getto nel buco nero.
È interessante notare che i risultati indicano anche che i getti più vicini alla Terra hanno una maggiore variabilità rispetto a quelli molto più lontani. Questi ultimi sono così lontani che, quando la luce che proviene da loro raggiunge il telescopio, è come guardare indietro nel tempo. Per Meyer è logico che i getti più vecchi abbiano una minore variabilità. All’inizio della storia dell’universo, l’universo era più piccolo e la radiazione ambientale era maggiore, il che, secondo i ricercatori, potrebbe portare a una maggiore stabilità dei raggi X nei getti.
Una sfida per gli studiosi
Nonostante l’eccezionale risoluzione di imaging di Chandra, la serie di dati ha posto sfide significative. Chandra ha osservato alcune sacche di variabilità con solo una manciata di fotoni a raggi X. Inoltre, la variabilità nella produzione di raggi X in un determinato getto era in genere pari a circa una decina di punti percentuali. Per evitare di considerare involontariamente la casualità come vera variabilità, Meyer ha collaborato con gli statistici dell’Università di Toronto e dell’Imperial College di Londra.
Le nuove scoperte aprono dubbi significativi in una delle principali teorie sulla produzione di raggi X nei getti dei buchi neri, e Meyer spera che il documento stimoli il lavoro futuro. “Si spera che questo sia un vero e proprio appello ai teorici”, dice Meyer, “per dare un’occhiata a questo risultato e proporre modelli di getto che siano coerenti con quanto abbiamo scoperto”.
Fonte: Eileen Meyer, Variability of extragalactic X-ray jets on kiloparsec scales, Nature Astronomy (2023)