Che cos’è il toroide che circonda il buco nero di Cygnus A?

Gli scienziati del National Radio Astronomy Observatory (NRAO), un sito della National Science Foundation, hanno pubblicato la loro ricerca sull’Astrophysical Journal Letters documentante la prima immagine diretta del densissimo ammasso di polveri a forma di ciambella (per l’esattezza un toroide) che circoscrive il buco nero supermassiccio nel cuore di una delle radiogalassie più energetiche dell’Universo conosciuto: Cygnus A.

La radiogalassia non è altro che una galassia caratterizzata da un’emissione di onde radio 100 volte più forti rispetto a quelle standard, percepite ed osservate nel corso del tempo grazie a radiotelescopi e radiointerferometri. La prima individuata è proprio la Cygnus A, e un primo approccio alla particolarità di questo ammasso di polveri fu avanzato circa quarant’anni fa dagli studiosi.

L’osservazione di radiogalassie come la Cygnus A avviene attraverso il Very Large Array (VLA), un raggruppamento di radiotelescopi attivo dagli anni ’80 nel New Messico: si tratta di un vettore di 27 antenne paraboliche, ciascuna di 25 metri di diametro che, cooperanti secondi i principi dell’interferometria, vanno a costituire un’unica grande antenna di 40 chilometri di diametro!

Il buco nero al centro di Cygnus A

La galassia, che si trova appunto nella costellazione del Cigno, è sita a 760 milioni di anni luce da noi, ed al suo centro è presente un buco nero 2,5 miliardi di volte più massiccio del Sole! Tutta la materia circostante il buco nero è violentemente risucchiata dalla sua forza gravitazionale, e man mano che l’energia del buco nero aumenta, questa si manifesta con spettacolari emissioni radio luminose.

Data la straordinaria attività, nonché l’ammontare di energia emessa, questi centri galattici vengono definiti vere e proprie “macchine centrali”, alimentate dal buco nero stesso: sono infatti in grado di emettere, oltre alle onde radio, materiale che viaggerà ben al di fuori della galassia stessa dalla quale proviene. Questo tipo di attività è comune a diverse galassie, tuttavia manifesta differenti proprietà a seconda della prospettiva di osservazione: si potrebbe finire a parlare di quasars, blazars, o addirittura delle galassie di Seyfert, che sono così chiamate per essere state scoperte dall’omonimo astrofisico e sono caratterizzate da nuclei galattici attivi di righe spettrali di gas ad alta ionizzazione.

Buco nero, disco rotante e toroide

Il concetto di un modello unificato ideato dagli studiosi altro non è che il raggruppamento di tutte le caratteristiche differenti che identificano un buco nero al centro delle radiogalassie. Tale modello prevede quindi un buco nero centrale, materiale orbitante formante una sorta di disco appiattito e fasci di emissioni radio fuoriuscenti dall’asse di questo disco. La peculiarità del modello unificato sta nel toroide di gas e polveri che circonda completamente il buco nero: per la sua conformazione, quando osservato da angolazioni diverse, esplica differenti proprietà del buco nero, oscurandone delle altre. Ovviamente tutti gli oggetti di questo tipo sono intrinsecamente simili, ma il modello unificato è una convenzione adottata per giustificare tutte le differenti caratteristiche che emergono nel corso delle osservazioni. Questa fenomenologia è chiamata dagli scienziati Active Galactic Nucleus (AGN).

Chris Carilli dell’NRAO afferma che è piombata un’attenzione così attiva sul buco nero di Cygnus A poichè, fino ad ora, non era mai stata osservata una emissione simile da una radiogalassia; ed inoltre ribadisce che il toroide aiuta a capire perché talvolta oggetti definiti sotto diversi nomi esplicano in realtà le medesime proprietà.

Negli anni ’50 gli astronomi avevano individuato oggetti, simili a punti luminosi e quindi paragonabili a stelle, che emettevano onde radio. Osservati successivamente da Maarten Schmidt questi oggetti furono soprannominati quasars, e la forte emissione di onde radio fu ricondotta all’intercettazione della violenta energia gravitazionale di un buco nero supermassiccio: in sostanza, la combinazione di un buco nero e del disco orbitante, conosciuta come teoria dell’accrezione, fu ribattezzata “macchina centrale” (“central energy”), e ritenuta responsabile della manifestazione di una tale emissione di energia.

E, nel corso del tempo, la medesima caratteristica intrinseca della combinazione buco nero-disco rotante fu appunto osservata nelle radiogalassie, nei blazars e nelle galassie di Seyfert. In seguito alla pubblicazione di uno studio di Robert Antonucci, nel 1977 alla University of California, tutti gli oggetti con queste stesse caratteristiche vennero accomunati dalla forma toroidale che li circoscriveva, ideando appunto un modello unificato che racchiudesse le caratteristiche degli AGN.

Grazie alle osservazioni effettuate con strumenti sempre più sofisticati, oggi siamo in grado di particolarizzare il toroide di uno specifico oggetto: dal VLA è stato possibile osservare un raggio di 900 anni luce per il toroide di Cygnus A, che è talmente denso da mostrare siti di ammassi granulari al suo interno (osservazione perfezionata dallo strumento Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ALMA).

Il buco nero di Cygnus A non è solo!

La sensazionale scoperta del toroide del Cygnus A è stata accompagnata dall’aver individuato un altro brillante oggetto nelle immediate vicinanze del centro della galassia: nel 2016, l’oggetto fu catalogato come un ulteriore buco nero supermassiccio nato dalla fusione di Cygnus A con un’altra galassia in un passato astronomicamente vicino!

 

Fonti: https://public.nrao.edu/news/key-feature-powerful-radio-galaxies/ ; www.wikipedia.org