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Ricerca Italiana: Buchi neri supermassicci sotto la lente di Ixpe

(26 Ottobre 2022)

(30Science.com) – Roma, 26 ott. – Il satellite frutto della collaborazione ASI-NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), lanciato a dicembre scorso dal Kennedy Space Center in Florida, ha osservato a maggio le due galassie Mrk 421 e MCG-05-23-16. Grazie ai polarimetri operanti nei raggi X a bordo del satellite forniti dall’Italia è stato possibile studiare sia regioni piccole come il Sistema Solare che estese quanto la Via Lattea.

I risultati degli studi sulle galassie Mrk 421 e MCG-05-23-16 sono stati pubblicati sulle riviste The Astrophysical Journal e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“MCG-05-23-16 è una sorgente già conosciuta in passato per aver mostrato una forte interazione tra il suo disco di accrescimento e la corona di elettroni caldi che lo circondano.” ha dichiarato Andrea Marinucci, ricercatore ASI e primo autore dell’articolo. “Grazie alle nuove osservazioni simultanee ottenute con IXPE, XMM-Newton e NuSTAR siamo stati in grado di meglio comprendere la geometria di questo materiale, responsabile della forte emissione X della sorgente. Racchiusa in una regione di spazio confrontabile con la distanza che intercorre tra il Sole e Saturno questa nuvola di elettroni caldi assume probabilmente una forma con elevata simmetria sferica intorno al buco nero centrale.”

“Abbiamo appena iniziato a guardare i getti dei buchi neri super massicci con IXPE e già stiamo capendo meglio come le particelle raggiungono velocità così estreme” commenta Laura Di Gesu, prima autrice ASI dell’articolo dedicato a Mrk 421 “Questo perché la luce X è emessa proprio dalle particelle più energetiche, che sono state appena accelerate. In futuro, studieremo anche come la luce X polarizzata cambia di intensità e caratteristiche in poche ore o da un giorno all’altro. Questo ci permetterà di capire se il getto è un flusso di particelle ordinato o, per esempio, turbolento. I getti sono un elemento distintivo dei buchi neri super massicci, ma a volte non sono presenti, e non sappiamo esattamente perché. Studiare come funzionano i getti ci aiuta anche ad immaginare – conclude Di Gesu – come possano evolvere nel tempo e se galassie come Mrk 421 sono state in passato o diventeranno in futuro più tranquille, come MCG-05-23-16″.

“Lo studio di queste due galassie e i risultati ottenuti” – conclude Imma Donnarumma Project Scientist ASI – “confermano come la polarimetria nei raggi X sia uno strumento fondamentale per comprendere sia i processi fisici che la geometria di diverse classi di sorgenti astrofisiche. Le osservazioni di IXPE, in sinergia con quelle di altre missioni spaziali in orbita e dei telescopi da Terra, aggiungono un nuovo tassello alla comprensione dell’Universo estremo, stimolando nuove teorie, nuove osservazioni e, perché no, nuove missioni spaziali”.

“Tentiamo di fare misure di questo tipo da oltre quarant’anni, e allora era con uno strumento costruito e calibrato in collaborazione con scienziati statunitensi e dell’Unione Sovietica” dice Paolo Soffitta dell’INAF di Roma, coordinatore Italiano del progetto IXPE. “Da allora ci siamo migliorati, ideando, sviluppando e calibrando completamente in Italia uno strumento ben più sensibile e capace di studiare anche le deboli sorgenti che brillano al di fuori della nostra galassia, e con tenacia l’abbiamo proposto ben 13 volte alle agenzie spaziali di mezzo mondo. Ora IXPE è una realtà, sta dando risultati oltre le aspettative e ci aspettiamo ancora nuove importanti scoperte nel prossimo futuro.”

“Si tratta del coronamento di un’attività di ricerca e sviluppo più che ventennale, che ci ha portato a trasformare i primi prototipi di laboratorio di rivelatori a gas sensibili alla polarizzazione in una tecnologia solida ed affidabile. Queste misure ci ripagano pienamente degli sforzi fatti per portare a compimento lo sviluppo della missione entro i vincoli, temporali e tecnologici, estremamente aggressivi imposti dal programma.” aggiunge Luca Baldini, responsabile nazionale INFN per IXPE e co-PI della missione.

Le due galassie osservate ospitano al loro centro buchi neri super massicci con masse di 2 milioni e di 20 milioni di volte la massa del Sole rispettivamente e rappresentano due laboratori astrofisici fondamentali per studiare in luce polarizzata processi di emissione che avvengono su scale spaziali molto diverse.

Mrk 421, ad una distanza di circa 430 milioni di anni luce, è uno tra i blazar più vicini alla Terra e più luminoso nei raggi X. In questa galassia, il getto di particelle relativistiche che si origina vicino al buco nero super massiccio è orientato verso la Terra. Queste sono condizioni ideali per studiare le proprietà fisiche della materia del getto. La luce polarizzata, in particolare, porta con sé preziose informazioni sull’intensità e geometria del campo magnetico a cui sono soggette le particelle. Questo ci permette di indagare quali sono i meccanismi che possono creare velocità così spettacolari come quelle delle particelle nei getti dei buchi neri super massicci.

La sua gemella più tranquilla, priva di getti relativistici, è MCG-05-23-16 ad una distanza di 120 milioni di anni luce da noi. In questa galassia è possibile lo studio delle regioni più interne del nucleo, fino a qualche centinaio di milioni di chilometri dal buco nero centrale. L’emissione in banda X è dovuta all’interazione dei fotoni provenienti dal disco di accrescimento che ruota attorno al buco nero con una nuvola di elettroni distribuita sopra di esso, chiamata corona. Mentre alcuni parametri fisici della corona quali la temperatura possono essere già misurati con i telescopi X attualmente in orbita, la sua geometria era totalmente ignota prima dell’avvento della polarimetria X.

IXPE ha guardato con le sue lenti di ingrandimento polarizzate le due sorgenti per diversi giorni, misurando la quantità di luce polarizzata nei raggi X. Questa informazione, insieme con l’angolo nel cielo dell’emissione polarizzata, ha permesso ai ricercatori di escludere diverse geometrie della corona in MCG-05-23-16 e di capire che è lo shock che le particelle subiscono in regioni di intenso campo magnetico ad accelerare le particelle nel getto di Mrk 421. Mentre il primo fenomeno avviene su scale spaziali confrontabili con quelle del nostro Sistema Solare, il getto di Mrk 421 si estende fino a migliaia di anni luce.(30Science.com)

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