M87*, buco nero protagonista dello scatto del secolo frutto del progetto Event Horizon Telescope (Eht), è stato confermato come un supermassiccio rotante. Quattro anni dopo la storica fotografia, arriva da un team internazionale la prova che M87* ha uno spin, grazie all’analisi dei dati forniti da un monitoraggio di 23 anni realizzato con più di 20 telescopi da tutto il mondo.
La ricerca della Chinese Academy of Science è stata pubblicata su Nature. Lo studio vede la guida dello Zhejiang laboratory e la partecipazione anche dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e dell’Università di Bologna.
Tra gli osservatori protagonisti della ricerca anche il Sardinia Radio Telescope (Srt) e la Stazione Radioastronomica di Medicina di Inaf.

Sfruttando i dati ottenuti con la tecnica dell’interferometria a lunghissima distanza (Vlbi), i ricercatori hanno individuato una oscillazione ricorrente di 11 anni nel moto di precessione, ossia quello simile al ruotare di una trottola, del getto relativistico espulso dal supermassiccio, fornendo la prova della rotazione del buco nero.

«La precessione – dice Marcello Giroletti, ricercatore presso l’Inaf di Bologna e tra gli autori dell’articolo – è la variazione della direzione del getto emesso dal buco nero al centro di M87.  Per l’esattezza è una variazione regolare e ciclica per cui l’asse del getto nel corso degli anni descrive un cono attorno ad un asse immaginario. Guardando questa precessione proiettata nel piano del cielo noi vediamo il getto oscillare in modo regolare”.

La presenza di un getto era già un indizio della rotazione del supermassiccio. Una teoria condivisa suggerisce, infatti, che, se da un lato il divoratore fagocita il materiale del disco di accrescimento, ossia la ciambella di materiale infuocato che circonda il supermassiccio, nel caso di un buco nero rotante, questa materia può anche emettere energia sotto forma di un getto relativistico.

Rappresentazione schematica del modello del disco di accrescimento inclinato. Si presume che l’asse di rotazione del buco nero sia allineato verticalmente. La direzione del getto è quasi perpendicolare al disco. Il disallineamento tra l’asse di rotazione del buco nero e l’asse di rotazione del disco innescherà la precessione del disco e del getto. Crediti: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse e Zhejiang Lab.

Se il buco nero ha uno spin, infatti, causa il trascinamento degli oggetti vicini lungo il suo asse di rotazione, un fenomeno noto come frame-dragging, previsto dalla Teoria generale della relatività di Albert Einstein.
L’attrazione per mano del campo gravitazionale del buco nero risulta talmente intensa da trascinare lo spazio-tempo con sé: ciò fa sì che la parte più interna del disco di accrescimento, quella più vicina al supermassiccio, venga trascinata dalla rotazione del buco nero. Una spinta che, come ha dimostrato un’altra recente ricerca, può essere in grado di portare anche al disallineamento della parte più esterna del disco.

Ora il nuovo studio è riuscito a collegare la dinamica del getto con il buco nero supermassiccio centrale: l’analisi approfondita del team di ricerca indica, infatti, che l’asse di rotazione del disco di accrescimento si disallinea con l’asse di rotazione del buco nero, dando origine a un getto precessionale. Il rilevamento di questa rotazione a trottola fornisce una prova inequivocabile che il buco nero supermassiccio M87* sta effettivamente ruotando.

«Questa possibilità era stata ipotizzata proprio sulla base delle immagini ottenute con Eht ma ora ne abbiamo una dimostrazione inequivocabile – afferma Giroletti – Inaf ha fornito un contributo fondamentale tramite la partecipazione dei propri radiotelescopi che si trovano a grandissima distanza (circa 10 mila km) da quelli dell’Asia Orientale che costituivano il nucleo della rete osservativa.  Poiché i dettagli delle immagini dipendono dall’estensione della rete, l’aggiunta delle antenne INAF ha migliorato di quasi 10 volte il dettaglio delle immagini. Questo ha facilitato grandemente la rivelazione delle oscillazioni del getto».

La ricerca migliora così la nostra comprensione della natura dei buchi neri supermassicci; rimangono tuttavia ancora molto incerti la struttura del disco di accrescimento e il valore esatto dello spin del buco nero supermassiccio M87*.

 

Immagine in evidenza: La direzione del getto è quasi perpendicolare al disco. Il disallineamento tra l’asse di spin del buco nero e l’asse di rotazione del disco innesca la precessione del disco e del getto. Crediti: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse and Zhejiang Lab.