Le osservazioni in più bande indicano IRAS 18293−0941 come il candidato microblazar più convincente finora, con una stella massiccia e un possibile legame con sorgenti di raggi gamma estremi
LA NOTIZIA IN BREVE – Nella Via Lattea gli astronomi hanno individuato IRAS 18293−0941, un sistema binario formato con ogni probabilità da una stella massiccia e un buco nero. Da quest’ultimo partono due getti di particelle: uno è orientato nella nostra direzione e viaggia ad almeno 201 mila km al secondo. Le osservazioni radio, ottiche, infrarosse, X e gamma indicano il sistema come il candidato microblazar galattico più convincente finora. Il fenomeno del Doppler boosting rende il getto rivolto verso di noi molto più luminoso di quello opposto. A circa 12 mila anni luce dalla Terra, IRAS 18293−0941 potrebbe offrire anche un laboratorio naturale per studiare l’accelerazione di particelle ad altissima energia: il getto opposto sembra infatti interagire con una nube molecolare e potrebbe contribuire alla produzione di raggi gamma superiori a 100 teraelettronvolt. Il possibile legame con la sorgente LHAASO resta però ancora da confermare.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento
L’APPROFONDIMENTO – Un sistema binario della Via Lattea, composto con ogni probabilità da una stella massiccia e un buco nero, emette un flusso continuo di particelle che viaggiano a velocità vicine a quella della luce. Uno dei due getti è orientato quasi nella direzione della Terra, formando un piccolo angolo rispetto alla nostra linea di vista. È IRAS 18293-0941, oggetto già catalogato da tempo ma rimasto in gran parte nascosto dalla polvere interstellare. Un gruppo internazionale coordinato dall’Università di Jaén lo indica ora come il primo candidato microblazar della Via Lattea sostenuto da prove osservative particolarmente solide. La rivista Astronomy & Astrophysics ha accettato lo studio per la pubblicazione; il lavoro combina osservazioni nelle onde radio, nella luce visibile e infrarossa, nei raggi X e gamma.
Un sistema che si nascondeva dietro la polvere
IRAS 18293-0941 si trova, secondo la distanza adottata dagli autori, a circa 3,6 kiloparsec dalla Terra, poco meno di 12 mila anni luce. La sua posizione nel piano della Via Lattea complica le osservazioni: tra noi e il sistema si accumulano enormi quantità di gas e polvere, capaci di assorbire una parte consistente della luce visibile.
Gli astronomi hanno quindi incrociato dati raccolti in bande diverse dello spettro elettromagnetico. Le onde radio attraversano con relativa facilità le regioni polverose e hanno mostrato uno degli indizi più importanti: vicino alla sorgente centrale compare una struttura stretta e allungata che mantiene lo stesso orientamento su scale molto differenti.
Il Very Large Array ha osservato il getto su scale relativamente ampie. La rete europea EVN, che collega radiotelescopi lontani migliaia di chilometri e li fa lavorare come un unico enorme strumento virtuale, ha seguito la stessa struttura con una risoluzione molto maggiore.
All’esperimento hanno contribuito anche i radiotelescopi italiani dell’INAF di Medicina e Noto.
La posizione radio coincide con quella misurata dal satellite Gaia e lega la sorgente al sistema stellare. Gli astronomi hanno potuto così scartare l’ipotesi di una galassia lontana che si trovasse, per puro caso, sulla stessa linea di vista.
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Il dettaglio decisivo arriva dall’orbita
Un altro indizio arriva dalla stella che accompagna l’oggetto compatto. Le osservazioni dello Zwicky Transient Facility e del telescopio Joan Oró hanno registrato piccole variazioni periodiche della luminosità. La curva mostra un segnale ogni 5,688 giorni. Poiché durante ogni orbita compaiono due massimi, gli astronomi ricavano un periodo orbitale completo di circa 11,38 giorni.
La stella cambia leggermente aspetto mentre gira attorno al proprio compagno. L’interazione gravitazionale la deforma e modifica la quantità di luce che raggiunge la Terra nelle diverse fasi dell’orbita.
Le oscillazioni hanno un’ampiezza molto piccola, circa 0,02 magnitudini, e gli astronomi non osservano eclissi evidenti. Questi elementi indicano che guardiamo il sistema quasi dall’alto rispetto al piano orbitale. I modelli suggeriscono un’inclinazione probabilmente inferiore a 30 gradi, con valori compatibili anche con circa 20 gradi.
Un microquasar produce getti di particelle dalle regioni vicine all’oggetto compatto. Se uno di questi getti punta quasi verso di noi, la relatività ne amplifica fortemente la radiazione apparente. Gli astronomi chiamano microblazar un sistema con questa particolare geometria.
Il fenomeno prende il nome di Doppler boosting. Il plasma che corre nella nostra direzione appare molto più luminoso; quello che si allontana dalla Terra diventa invece assai più difficile da osservare.
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Il getto supera i 200 mila chilometri al secondo
Le immagini radio permettono di stimare anche la velocità del materiale. Il getto rivolto verso di noi appare almeno 26 volte più luminoso rispetto a quello opposto. Incrociando questo rapporto con l’orientamento del sistema, gli autori ricavano un limite inferiore: le particelle devono muoversi a oltre 0,672 volte la velocità della luce, quindi ad almeno 201 mila chilometri al secondo.
Nel modello che riproduce meglio le osservazioni, il gruppo adotta una velocità di circa 0,75 c, pari a 225 mila chilometri al secondo. In un solo secondo quel plasma coprirebbe una distanza superiore a cinque volte la circonferenza terrestre. La sorgente centrale avrebbe le caratteristiche di un buco nero di massa stellare. Nei calcoli gli autori utilizzano una massa di circa 10 volte quella del Sole. La compagna appare invece come una stella calda e massiccia, probabilmente appartenente alle classi spettrali O o B.
Gas, polvere e forte arrossamento rendono difficile stabilire con precisione il tipo di stella e le masse dei due componenti. Nuove osservazioni spettroscopiche potranno misurare meglio il movimento orbitale e restringere questi valori.
La dinamica generale del sistema segue uno schema già noto nei microquasar: il buco nero sottrae materia alla stella compagna, il gas si accumula attorno all’oggetto compatto e una parte dell’energia disponibile alimenta i due getti.
Domande e risposte
Curiosità sui buchi neri: che cosa vedrebbe chi vi cade, come cambia il tempo e che cosa sappiamo davvero del loro interno.
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Caduta
Che cosa accadrebbe se una persona finisse dentro un buco nero?
Dipenderebbe soprattutto dalle dimensioni del buco nero. Avvicinandosi a un buco nero, la differenza tra la forza gravitazionale esercitata sulla parte del corpo più vicina e quella esercitata sulla parte più lontana diventerebbe sempre maggiore. Il corpo verrebbe allungato in una direzione e compresso nelle altre: gli astrofisici chiamano questo fenomeno spaghettificazione.
Attorno a un buco nero di massa stellare le forze mareali potrebbero diventare letali già prima o nei pressi dell’orizzonte degli eventi. Per un buco nero supermassiccio, invece, sarebbe teoricamente possibile attraversare l’orizzonte senza avvertire in quell’istante qualcosa di particolare. Più in profondità le forze mareali crescerebbero comunque fino a distruggere qualsiasi essere umano.
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Tempo
È vero che precipitando in un buco nero si potrebbe assistere alla fine dell’Universo?
No, almeno nel modello classico di un buco nero non rotante. Chi cade può vedere gli eventi dell’Universo esterno procedere più rapidamente rispetto al proprio tempo, ma non riceverebbe la luce proveniente da un futuro infinito prima di raggiungere le regioni interne del buco nero.
Alcune soluzioni matematiche ideali per buchi neri rotanti descrivono situazioni molto più strane nelle vicinanze dell’orizzonte interno. La fisica reale complica però fortemente questi scenari: quelle regioni risultano probabilmente instabili e non abbiamo alcuna osservazione diretta di ciò che accade all’interno di un buco nero.
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Osservazione
Chi osserva da lontano vedrebbe davvero una persona fermarsi sul bordo del buco nero?
La vedrebbe rallentare e diventare progressivamente più debole. Avvicinandosi all’orizzonte degli eventi, i segnali luminosi inviati dalla persona impiegherebbero sempre più tempo a raggiungere l’osservatore lontano e subirebbero un fortissimo spostamento verso il rosso.
L’immagine sembrerebbe quindi rallentare quasi fino a congelarsi, ma diventerebbe anche sempre più fioca fino a scomparire dalla vista. Per la persona in caduta, invece, il proprio orologio continuerebbe a scorrere normalmente e l’attraversamento dell’orizzonte avverrebbe in un tempo finito.
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Orizzonte degli eventi
Si potrebbe attraversare l’orizzonte di un buco nero senza accorgersene?
In teoria sì, soprattutto nel caso di un buco nero supermassiccio. L’orizzonte degli eventi non è una superficie solida e non produce necessariamente un urto o un segnale improvviso. In un buco nero sufficientemente grande, le forze mareali proprio in corrispondenza dell’orizzonte possono essere relativamente moderate.
Superato quel confine cambierebbe però una cosa fondamentale: nessun percorso diretto verso l’esterno permetterebbe più di tornare indietro. Anche la luce emessa dopo l’attraversamento resterebbe confinata all’interno.
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Gravità
Un buco nero aspira tutto ciò che si trova intorno come un gigantesco aspirapolvere?
No. A grande distanza la gravità di un buco nero agisce come quella di qualsiasi altro corpo con la stessa massa. Un oggetto può quindi orbitargli attorno senza precipitare al suo interno, proprio come pianeti e stelle orbitano attorno ad altri corpi celesti.
Se, per pura ipotesi, il Sole venisse sostituito da un buco nero con esattamente la stessa massa, la Terra continuerebbe a seguire sostanzialmente la stessa orbita. Per cadere nel buco nero dovrebbe perdere energia orbitale o avvicinarsi abbastanza da oltrepassare l’orizzonte degli eventi.
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Ipotesi
Un buco nero potrebbe essere un passaggio verso un altro punto dell’Universo?
Non esistono prove che i buchi neri astrofisici funzionino come portali. La relatività generale ammette alcune soluzioni matematiche che ricordano collegamenti tra regioni diverse dello spazio-tempo, spesso associati al concetto di wormhole. Questo non significa che i buchi neri osservati dagli astronomi possiedano davvero tali passaggi.
Per mantenere aperto un wormhole attraversabile servirebbero inoltre condizioni fisiche molto particolari che oggi non sappiamo se possano esistere in natura. Al momento i wormhole restano oggetti teorici, mentre i buchi neri hanno solide conferme osservative.
Il getto opposto lascia una cicatrice nello spazio
Il getto diretto dalla parte opposta alla Terra appare molto più debole, ma lascia una traccia riconoscibile. A decine di parsec dal sistema incontra materiale interstellare più denso e sembra arrestarsi contro una nube molecolare. Le osservazioni di MeerKAT mostrano proprio lì una sorgente radio compatta, allineata con l’asse del getto. Nella stessa zona compaiono emissione in Hα, legata a idrogeno eccitato, e polvere calda visibile nell’infrarosso.
Lo spettro radio mostra caratteristiche compatibili con la presenza di particelle accelerate ad alta energia. Il getto sembra quindi cedere parte della propria energia al gas che incontra lungo il percorso. L’urto comprime il materiale circostante e può accelerare protoni ed elettroni fino a energie molto elevate.
Da qui nasce una seconda domanda: IRAS 18293-0941 potrebbe contribuire anche alla produzione di raggi gamma estremamente energetici?
Il possibile legame con i raggi gamma
Nella stessa regione del cielo si trova LHAASO J1831-1007u*, una sorgente individuata dall’osservatorio cinese LHAASO alle energie più elevate dello spettro gamma. Gli autori hanno verificato se tra i due oggetti possa esistere un legame fisico. L’ipotesi parte dai protoni accelerati dal getto. Entrando nella nube molecolare, possono collidere con i protoni presenti nel gas. Da queste collisioni nascono altre particelle che, attraverso successive trasformazioni, producono anche fotoni gamma.
Nel modello elaborato dal gruppo, il processo raggiunge energie superiori a 100 teraelettronvolt e, in alcune condizioni, arriva nella regione dei petaelettronvolt.
L’associazione con LHAASO richiede ancora conferme. Quella porzione della Via Lattea ospita altre sorgenti capaci di produrre radiazione ad alta energia, comprese alcune pulsar. I telescopi gamma localizzano inoltre le sorgenti con una precisione inferiore rispetto ai radiotelescopi, e distinguere oggetti molto vicini sulla volta celeste diventa più difficile. Gli autori hanno rianalizzato anche oltre nove anni di dati del telescopio spaziale Fermi. La sorgente GeV presente nella stessa zona si trova in una posizione diversa rispetto a IRAS 18293-0941, elemento che rende meno probabile una relazione tra quella specifica emissione e il microblazar.
Rimane invece da verificare il possibile rapporto con i fotoni molto più energetici registrati da LHAASO.
Perché gli astronomi cercavano un oggetto così da trent’anni
I blazar sono nuclei galattici alimentati da buchi neri supermassicci. Quando uno dei loro getti punta quasi nella nostra direzione, l’effetto relativistico amplifica fortemente la radiazione osservata dalla Terra. Da decenni gli astrofisici prevedono che lo stesso tipo di geometria debba comparire anche nella Via Lattea, su una scala molto più piccola. Nel caso di un microblazar, il motore centrale ha dimensioni stellari. Il buco nero può avere poche o alcune decine di masse solari e riceve materia da una stella compagna. I processi fisici evolvono su tempi molto più brevi rispetto a quelli osservati attorno ai buchi neri supermassicci delle galassie attive.
La scala ridotta permette agli astronomi di seguire più da vicino il comportamento del getto, studiare il trasferimento di materia dalla stella e osservare l’interazione tra il plasma e il gas interstellare. Fenomeni analoghi, nei blazar lontani milioni o miliardi di anni luce, risultano molto più difficili da risolvere nei dettagli.
Altri oggetti della Via Lattea avevano già mostrato caratteristiche compatibili con quelle di un microblazar. V4641 Sgr, per esempio, figura da tempo tra i candidati più interessanti. Anche 4U 1543-47 ha mostrato, durante una fase di attività, un getto fortemente relativistico orientato quasi lungo la nostra linea di vista.
IRAS 18293-0941 riunisce diversi indizi nello stesso sistema: un getto stabile, una forte differenza di luminosità tra le due direzioni, un’orbita osservata quasi frontalmente e una regione distante che potrebbe segnare l’impatto del getto contro il gas interstellare.
Gli autori lo considerano per questo un candidato microblazar galattico particolarmente convincente.
Servono ancora misure più precise della massa del buco nero e della stella compagna, una determinazione migliore della distanza e nuove osservazioni radio capaci di seguire il getto nel tempo. Anche il possibile legame con LHAASO dovrà superare verifiche più stringenti. Se le future osservazioni confermeranno quella relazione, IRAS 18293-0941 potrebbe aiutare a capire dove e come la Via Lattea accelera alcune delle particelle più energetiche che conosciamo.
Link utili e fonti
Studio originale e materiali scientifici e istituzionali per approfondire la scoperta di IRAS 18293−0941 e la natura dei microblazar.
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Studio scientifico
A Galactic microblazar as a potential accelerator of ultra-high-energy particles
Il lavoro scientifico che analizza IRAS 18293−0941 attraverso osservazioni radio, ottiche, infrarosse, X e gamma e ne propone l’identificazione come candidato microblazar galattico.
Consulta lo studio -
Preprint
Versione integrale dello studio su arXiv
Il testo completo consente di consultare metodo, dati, immagini radio, parametri utilizzati nei modelli e analisi del possibile legame con la sorgente gamma LHAASO J1831−1007u.
Leggi il preprint -
Approfondimento INAF
Scoperto il primo microblazar della Via Lattea
L’approfondimento di Media INAF ricostruisce la scoperta e il ruolo delle osservazioni radio. Alle misure EVN hanno partecipato anche le parabole italiane da 32 metri di Medicina e Noto.
Leggi l’approfondimento -
Osservatorio
The first microblazar found in our Galaxy
Il centro astronomico spagnolo descrive le osservazioni effettuate sul sistema e il contributo degli spettri ottenuti con lo strumento CAFOS installato sul telescopio da 2,2 metri.
Consulta la fonte -
Università
Il team internazionale guidato dall’Università di Jaén
La comunicazione dell’università che guida la ricerca riassume gli anni di monitoraggio, la geometria del sistema e gli indizi che hanno portato all’identificazione di IRAS 18293−0941.
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Note per i lettori
L’immagine usata per questo articolo è stata creata grazie all’utilizzo di un sistema di Intelligenza Artificiale
