Un telescopio gigante, otto volte più grande della Terra, rivela una visione senza precedenti di un enorme getto cosmico

Concept art del getto cosmico del buco nero

Gli astronomi hanno ottenuto immagini senza precedenti di getti di plasma provenienti da un buco nero supermassiccio nel blazar 3C 279, rivelando schemi complessi che sfidano le teorie attuali. Questo sforzo internazionale, utilizzando reti avanzate di radiotelescopi, ha rilevato filamenti a spirale vicino alla sorgente dei getti, indicando un possibile ruolo dei campi magnetici nella formazione di questi getti. (Concetto dell’artista.)

Un telescopio più grande della Terra ha trovato una corda di plasma nell’universo.

Utilizzando una rete di radiotelescopi sulla Terra e nello spazio, gli astronomi sono riusciti a catturare l’immagine più dettagliata mai vista di un getto proveniente da… plasma Riprese dalla super massa Buco nero Nel cuore di una galassia lontana lontana.

Il getto, che proviene da un lontano nucleo luminoso chiamato 3C 279, viaggia quasi alla velocità della luce e mostra complessi schemi di torsione vicino alla sua fonte. Questi modelli sfidano la teoria standard utilizzata da 40 anni per spiegare come questi flussi si formano e cambiano nel tempo.

Un importante contributo alle osservazioni è stato dato dall’Istituto Max Planck per la radioastronomia di Bonn, in Germania, dove i dati di tutti i telescopi partecipanti sono stati combinati per creare un telescopio virtuale con un diametro effettivo di circa 100.000 km.

I loro risultati sono stati recentemente pubblicati in Astronomia della natura.

Fili ad incastro Blizzard 3C 279

Figura 1: Filamenti aggrovigliati in Blazar 3C 279. Immagine ad alta risoluzione del piano relativistico in questa sorgente come osservato da RadioAstron. L’immagine rivela una complessa struttura nel piano con diversi filamenti delle dimensioni di un parsec che formano una forma a spirale. La raccolta comprende dati provenienti dai radiotelescopi di tutto il mondo e dall’orbita terrestre, compreso il radiotelescopio Effelsberg da 100 metri. I dati sono stati successivamente elaborati presso il Centro di correlazione dell’Istituto Max Planck per la radioastronomia. Fonte: Collaborazione NASA/DOE/FermiLAT; Vlba/Jorstad et al.; Radio Astron/Fuentes et al

Approfondimento sui Blazar

I blazer sono le fonti più luminose e potenti di radiazioni elettromagnetiche nell’universo. È una sottoclasse di nuclei galattici attivi che comprende galassie con un buco nero supermassiccio centrale che accumula materia dal disco circostante. Circa il 10% dei nuclei galattici attivi, classificati come quasar, producono getti di plasma relativistici. I basar appartengono a una piccola frazione di quasar in cui possiamo vedere questi getti diretti quasi direttamente verso l’osservatore.

Recentemente, un team di ricercatori, tra cui scienziati del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn, in Germania, ha ripreso l’immagine della regione più interna del getto nel blazar 3C 279 con una risoluzione angolare senza precedenti e ha scoperto filamenti a spirale straordinariamente regolari che potrebbero richiedere una revisione. modelli utilizzati finora per spiegare i processi attraverso i quali si producono i getti nelle galassie attive.

“Grazie a RadioAstron, la missione spaziale in cui il radiotelescopio orbitante è arrivato fino alla Luna, e a una rete di ventitré radiotelescopi distribuiti su tutta la Terra, abbiamo ottenuto l’immagine con la più alta risoluzione dell’interno di un pianeta. ” “I getti stellari che fluiscono finora ci permettono di osservare per la prima volta la struttura interna dei getti in modo così dettagliato”, afferma Antonio Fuentes, ricercatore presso l’Istituto Astrofisico Andaluso (IAA-CSIC) di Granada, Spagna, che sta conducendo il lavoro.

Implicazioni teoriche e sfide

La nuova finestra sull’universo aperta dalla missione RadioAstron ha rivelato nuovi dettagli nel getto di plasma di 3C 279, un oggetto luminoso con al centro un buco nero supermassiccio. Il getto contiene almeno due filamenti ritorti di plasma che si estendono per più di 570 anni luce dal centro.

“Questa è la prima volta che vediamo tali filamenti così vicini alla sorgente dei getti, e ci dice di più su come il buco nero forma il plasma. L’afflusso è stato osservato anche da altri due telescopi, GMVA ed EHT, a lunghezze d’onda molto più corte (3,5 mm e 1,3 mm), ma non sono riusciti a rilevare le figure filamentose perché erano troppo deboli e troppo grandi per questa risoluzione”, afferma Eduardo Ros, membro del gruppo di ricerca e pianificatore europeo per GMVA. “Ciò dimostra come telescopi diversi possano rivelare caratteristiche diverse dello stesso oggetto”, aggiunge.

Radio Astron VLBI

Figura 2: L’osservazione VLBI di RadioAstron fornisce un telescopio virtuale fino a otto volte il diametro della Terra (linea di base massima 350.000 km). Credito: Roscosmos

I getti di plasma provenienti dai blazer non sono proprio dritti e uniformi. Mostrano le svolte e le svolte che mostrano come il plasma è influenzato dalle forze che circondano il buco nero. Gli astronomi che studiano queste torsioni in 3C279, chiamate filamenti a spirale, hanno scoperto che sono causate da instabilità che si verificano nel plasma del getto. Nel processo, si sono anche resi conto che la vecchia teoria utilizzata per spiegare come i flussi cambiano nel tempo non era più valida. Sono quindi necessari nuovi modelli teorici che possano spiegare come questi filamenti a spirale si formano ed evolvono vicino all’origine del getto. Questa è una grande sfida, ma anche una grande opportunità per conoscere meglio questi sorprendenti fenomeni cosmici.

“Un aspetto particolarmente interessante che emerge dai nostri risultati è che essi indicano la presenza di un campo magnetico elicoidale che confina il flusso”, afferma Guang-Yao Zhao, attualmente affiliato al MPIfR e membro del team di scienziati. “Pertanto, il campo magnetico, ruotando in senso orario attorno al getto in 3C 279, potrebbe guidare e dirigere il plasma del getto che si muove a 0,997 volte la velocità della luce”.

“Filamenti a spirale simili sono stati osservati in precedenza nei getti extragalattici, ma su scale molto più grandi dove si pensa che siano causati da diverse parti del getto che si muovono a velocità diverse e si sfregano l’una contro l’altra”, aggiunge Andrei Lobanov, un altro scienziato del MPIfR. squadra di ricercatori. . “Con questo studio stiamo entrando in un terreno completamente nuovo in cui questi filamenti possono effettivamente essere collegati a processi più complessi nelle immediate vicinanze del buco nero che produce i getti”.

Lo studio del flusso interno in 3C279, che ora appare nell’ultimo numero di Nature Astronomy, espande la ricerca in corso per comprendere meglio il ruolo dei campi magnetici nella formazione iniziale di deflussi relativistici dai nuclei galattici attivi. Sottolinea le numerose sfide che rimangono per l’attuale modellazione teorica di questi processi e dimostra la necessità di un ulteriore miglioramento degli strumenti e delle tecniche radioastronomiche che forniscono un’opportunità unica per visualizzare oggetti cosmici distanti con una risoluzione angolare standard.

Progresso tecnologico e cooperazione

Utilizzando una speciale tecnica chiamata Very Long Baseline Interferometry (VLBI), viene creato un telescopio virtuale con un diametro effettivo pari alla massima separazione tra le antenne coinvolte nell’osservazione, combinando e correlando dati provenienti da diversi radio osservatori. Lo scienziato del progetto RadioAstron Yuri Kovalev, ora al MPIfR, sottolinea l’importanza della cooperazione sanitaria internazionale per ottenere tali risultati: “Gli osservatori di dodici paesi sono stati sincronizzati con l’antenna spaziale utilizzando orologi a idrogeno, formando un telescopio virtuale grande quanto la distanza dalla Terra. ” luna.”

“Gli esperimenti con RADIOASTRON che hanno portato a immagini come questa del quasar 3C279 sono risultati straordinari resi possibili grazie alle collaborazioni scientifiche degli osservatori internazionali”, afferma Anton Zinsos, direttore di MPIfR e una delle forze trainanti della missione RadioAstron negli ultimi due decenni. E scienziati in molti paesi. La missione ha richiesto decenni di pianificazione congiunta prima del lancio del satellite. L’acquisizione delle immagini reali è resa possibile collegando grandi telescopi a terra come l’Eifelsberg e attraverso un’attenta analisi dei dati presso il nostro centro di collegamento VLBI a Bonn.

Riferimento: “Strutture neamatiche come origine dell’anisotropia della radio a getto” di Antonio Fuentes, Jose L. Gomez, José M. Martí, Manel Perocho, Guang Yao Zhao, Rocco Lecco, Andre P. Kovalev, Andrew Chell, Kazunori Akiyama, Katherine Bowman, He Sun, Ilji Zhu, Eftalia Traiano, Teresa Toscano, Rohan Dahalli, Marianna Fushi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan B. Marcher, Yusuke. Mizuno, Eduardo Ros e Tuomas Savolainen, 26 ottobre 2023, Astronomia della natura.
doi: 10.1038/s41550-023-02105-7

Maggiori informazioni

La missione interferometro radio Terra-spazio, attiva da luglio 2011 a maggio 2019, consiste in un radiotelescopio orbitante di 10 metri (Spektr-R) e una serie di circa due dozzine dei più grandi radiotelescopi terrestri del mondo, tra cui il radiotelescopio Effelsberg a 100 metri. Quando i segnali dei singoli telescopi sono stati combinati utilizzando l’interferometria delle onde radio, questo gruppo di telescopi ha fornito una risoluzione angolare massima equivalente a un radiotelescopio di 350.000 chilometri di diametro, più o meno la distanza tra la Terra e la Luna. Ciò rende RadioAstron lo strumento con la più alta risoluzione angolare nella storia dell’astronomia. Il progetto RadioAstron è stato guidato dal Centro di Astronomia Spaziale dell’Istituto di Fisica Lebedev dell’Accademia Russa delle Scienze e dalla Società Scientifica Lavochkin e prodotto nell’ambito di un contratto con la compagnia spaziale statale ROSCOSMOS, in collaborazione con organizzazioni partner in Russia e altri paesi. I dati astronomici di questa missione vengono analizzati da singoli scienziati di tutto il mondo, portando a risultati come quelli mostrati qui.

I seguenti collaboratori del lavoro presentato appartengono a MPIfR, in ordine di apparizione nell’elenco degli autori: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros e Tuomas Savolainen. Anche i collaboratori Rocco Lecco e Gabriele Bruni sono stati affiliati a MPIfR durante il periodo della missione di RadioAstron.

Yuri Y. Kovalev riconosce il Premio per la ricerca Friedrich Wilhelm Bessel della Fondazione Alexander von Humboldt.

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