Un buco nero si risveglia dopo 100 milioni di anni

Ci sono risvegli che sarebbe meglio evitare. Quello del buco nero al centro della galassia J1007+3540, per esempio, non è stato esattamente discreto: dopo quasi cento milioni di anni di quiete assoluta, il mostro ha ricominciato a sparare getti di plasma magnetizzato nello spazio, creando quello che i ricercatori hanno definito un “vulcano cosmico”. La struttura risultante si estende per quasi un milione di anni luce: poco meno di dieci volte il diametro della Via Lattea, tanto per dare un’idea della scala.

Lo studio, pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, è basato sulle osservazioni di due radiotelescopi tra i più sensibili al mondo: il LOFAR (Low Frequency Array) nei Paesi Bassi e il uGMRT (upgraded Giant Metrewave Radio Telescope) in India. Le immagini radio che ne sono venute fuori raccontano una storia di violenza, pressione e caos cosmico che merita attenzione.

Il buco nero che si accende e si spegne

La maggior parte delle galassie ospita un buco nero supermassiccio al centro. Fin qui, niente di nuovo. La particolarità è che solo una minoranza di questi buchi neri produce getti enormi di plasma capaci di emettere onde radio. J1007+3540 appartiene a questo club esclusivo, ma con una caratteristica in più: il suo buco nero non è un membro stabile. Si accende, spara, poi si spegne e resta in silenzio per ere geologiche intere.

Le immagini radio mostrano due strati distinti: un getto interno luminoso e compatto (quello nuovo, appena riattivato) avvolto da una regione più ampia di plasma vecchio e sbiadito, residuo delle eruzioni precedenti. I lobi esterni risalgono a circa 240 milioni di anni fa, quelli interni a “soli” 140 milioni. Lo spazio tra le due fasi: circa cento milioni di anni di silenzio assoluto.

Shobha Kumari del Midnapore City College, prima autrice dello studio, ha usato un’immagine efficace: guardare questo buco nero è come assistere all’eruzione di un vulcano dopo ere di calma, solo che questo vulcano è abbastanza grande da scolpire strutture estese per un milione di anni luce.

Il braccio di ferro con l’ammasso

Ecco, se il buco nero fosse solo un mostro che spara getti nel vuoto, la storia sarebbe già interessante ma relativamente lineare. Il punto è che J1007+3540 non è isolata: si trova immersa in un ammasso di galassie, circondata da gas caldissimo chiamato mezzo intra-ammasso. E questo gas non sta a guardare.

La pressione esterna dell’ammasso è enormemente superiore a quella che si riscontra nella maggior parte delle radiogalassie. I getti del buco nero, mentre si espandono verso l’esterno, vengono piegati, compressi e distorti da questo ambiente denso e ostile. Il lobo settentrionale, nelle immagini LOFAR, appare schiacciato e deformato: il plasma sembra spinto di lato dalla pressione del gas circostante. Le osservazioni del uGMRT confermano che questa regione compressa ha uno spettro radio ultra-ripido, segno che le particelle sono antichissime e hanno perso gran parte della loro energia.

Come ha spiegato il coautore Sabyasachi Pal:

J1007+3540 è uno degli esempi più chiari e spettacolari di interazione tra getti e ammasso, dove il gas caldo circostante piega, comprime e distorce i getti del buco nero.

La coda che non dovrebbe esserci

C’è un dettaglio che rende questo buco nero ancora più interessante per gli astrofisici. Una lunga e debole coda di emissione si estende verso sud-ovest: plasma magnetizzato trascinato attraverso l’ammasso, che lascia dietro di sé una scia diffusa persistente da milioni di anni. La galassia, insomma, non sta solo generando getti potenti: viene anche rimodellata dal suo ambiente. Un po’ come un incendio che devasta una foresta ma viene a sua volta deviato dal vento: il fuoco cambia la foresta, il vento cambia il fuoco.

Questa coda mostra un’interruzione morfologica, un punto in cui la struttura cambia bruscamente carattere. Per i ricercatori è il segno di interazioni complesse tra le eruzioni del buco nero e il mezzo intra-ammasso, con possibili processi di ri-accelerazione delle particelle. La galassia ospite, una ellittica evoluta con forte estinzione da polveri, mostra i segni di un “motore” centrale attivo ma oscurato: condizioni compatibili con un episodio di accrescimento rinnovato, forse legato a una fusione galattica passata.

Quello che questo buco nero ci insegna

Sistemi come J1007+3540 sono rari e preziosi: permettono di studiare contemporaneamente come i buchi neri alternano fasi attive e quiescenti, come i getti invecchiano e cambiano nel tempo, e come ambienti densi possono alterare la struttura di intere galassie. Il quadro che emerge non è quello di una crescita lineare e pacifica, ma di un processo fatto di tensioni continue tra le eruzioni del buco nero e la pressione dell’ambiente cosmico circostante.

Il team prevede osservazioni ad alta risoluzione per esaminare più da vicino la regione centrale di J1007+3540 e seguire la propagazione dei getti appena riattivati. Serviranno dati in banda X, ottica e radio a più lunghezze d’onda.

Insomma: questo buco nero si è preso un pisolino di cento milioni di anni, poi ha deciso che era ora di ricordare ai vicini chi comanda. I vicini, dal canto loro, non hanno gradito particolarmente. E noi, da qui, osserviamo questa lite cosmica con i radiotelescopi puntati e la consapevolezza che le galassie (un po’ come le persone, ma con più plasma) non crescono mai senza qualche conflitto.

Approfondisci

Se l’idea di un buco nero che si risveglia vi ha incuriosito, su Futuro Prossimo abbiamo esplorato scenari altrettanto vertiginosi: dalla possibilità che il nostro intero universo sia contenuto dentro un buco nero, alla scoperta dei buchi neri intermedi che colmano il divario tra i piccoli e i supermassicci, fino all’esperimento che ha portato un buco nero in miniatura in laboratorio usando superfluidi a temperature prossime allo zero assoluto.