Per quanto riguarda i buchi neri supermassivi, quello situato al centro della Via Lattea è relativamente tranquillo.

Tuttavia, anche nel suo stato di apparente quiescenza, Sagittarius A* è soggetto a occasionali eruttazioni o rotture – e ora, utilizzando il JWST, gli astronomi hanno registrato qualcosa che non avevamo mai visto prima.

Il 6 aprile 2024, il buco nero ha emesso un flare osservato in lunghezze d’onda infrarosse medie, seguito da un contropartita in radio.

Sebbene Sgr A* emetta occasionalmente flare, questa è la prima volta che riusciamo a catturarlo nell’infrarosso medio – uno dei pezzi mancanti del puzzle sul comportamento del buco nero, secondo un team guidato dall’astronomo Sebastiano von Fellenberg dell’Istituto Max Planck per l’Astronomia Radio in Germania.

“Il flare di Sgr A* evolve e cambia rapidamente, nell’arco di poche ore, e non tutte queste variazioni possono essere osservate a tutte le lunghezze d’onda,” afferma l’astrofisico Joseph Michail dell’Osservatorio Astrofisico Smithsoniano.

“Da oltre 20 anni sappiamo cosa succede nelle bande radio e vicino all’infrarosso (NIR), ma la connessione tra di esse non è mai stata del tutto chiara. Questa nuova osservazione nell’infrarosso medio colma quella lacuna.”

I buchi neri supermassivi sono un componente cruciale per l’organizzazione dell’Universo così come lo conosciamo, i nuclei attorno ai quali le galassie si raggruppano e ruotano. Possono avere masse che vanno da milioni a miliardi di volte quella del Sole e mostrano una gamma di livelli di attività, da rampanti e voraci mentre ingurgitano materia a un ritmo straordinario, a calmi e quiescenti.

Sgr A*, al centro della Via Lattea e con una massa di 4,3 milioni di masse solari, è il buco nero supermassivo più vicino a noi. Si trova anche all’estremità tranquilla della scala di attività, il che significa che abbiamo un posto in prima fila per osservare il comportamento di buchi neri in scala ridotta che sarebbero troppo deboli da vedere se avvenissero in un’altra galassia.

Gli astronomi hanno osservato attentamente il centro galattico per decenni in diverse lunghezze d’onda per registrare i suoi strani segnali e eruttazioni per apprendere di più sull’attività e dinamiche dell’ambiente più gravitazionalmente estremo nella galassia della Via Lattea.

La presenza di Sgr A* crea una regione spaziale selvaggia e turbolenta, con un enorme toro di polvere che si agita attorno al buco nero supermassivo. Gli astronomi non sanno cosa provoca i flare in questa regione, ma le simulazioni suggeriscono che si tratta di un’interazione tra le linee di campo magnetico nel disco di materiale che orbita più strettamente attorno al buco nero.

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Quando due linee di campo si avvicinano abbastanza, le simulazioni suggeriscono che possano unirsi in un modo che rilascia una enorme quantità di energia che possiamo vedere come emissione di sincrotrone – la radiazione emessa dagli elettroni che accelerano lungo le linee di campo magnetico.

Ma non potevamo esserne certi, perché non avevamo osservazioni in infrarosso medio di uno di questi flare.

“Poiché l’infrarosso medio si trova tra il submillimetrico [infrarosso remoto a microonde] e il near-infrared, custodiva segreti su come gli elettroni abbiano un ruolo, i quali devono raffreddarsi per rilasciare energia per alimentare i flare,” spiega Michail.

“Le nostre nuove osservazioni sono coerenti con i modelli e le simulazioni esistenti, fornendoci un ulteriore forte pezzo di prova a sostegno della teoria su cosa ci sia dietro i flare.”

Le osservazioni sono state raccolte utilizzando l’instrumento per l’infrarosso medio (MIRI) del JWST; il Submillimeter Array gestito congiuntamente dall’Osservatorio Astrofisico Smithsoniano e dall’Accademia Sinica; l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA; e il Nuclear Spectroscopic Telescope Array della NASA, un osservatorio gamma a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Quando il JWST ha catturato un flare che è durato circa 40 minuti, hanno consultato gli altri strumenti per vedere cosa avevano potuto raccogliere. Non ci sono state rilevazioni nei regimi dei raggi X e gamma – probabilmente perché l’accelerazione degli elettroni non era sufficientemente alta – ma il Submillimeter Array ha registrato un flare di onde radio in ritardo di circa 10 minuti rispetto all’infrarosso medio.

Questi risultati, dicono i ricercatori, sono coerenti con la radiazione di sincrotrone proveniente da una singola popolazione di elettroni in raffreddamento che accelerano attraverso una riconnessione magnetica, turbolenza magnetica, o una combinazione di entrambi. Tuttavia, c’è ancora molto che non sappiamo – il che significa che c’è ancora del lavoro da fare.

“Sebbene le nostre osservazioni suggeriscano che l’emissione di Sgr A* nell’infrarosso medio derivi effettivamente dall’emissione di sincrotrone da elettroni in raffreddamento, c’è di più da comprendere sulla riconnessione magnetica e sulla turbolenza nel disco di accrescimento di Sgr A*,” afferma von Fellenberg.

“Questa prima rilevazione mai effettuata nell’infrarosso medio, e la variabilità vista con il Submillimeter Array, non solo ha colmato una lacuna nella nostra comprensione di cosa ha causato il flare in Sgr A*, ma ha anche aperto una nuova linea di indagine importante.”

La ricerca è stata presentata al 245° incontro della American Astronomical Society. È stata anche accettata su The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile sul server di preprint arXiv.