Un team internazionale di astronomi ha recentemente pubblicato nuove scoperte della sonda IXPE riguardo un blazar che, nella parte del getto in cui le particelle vengono accelerate, è caratterizzato da un campo magnetico elicoidale. 

Gli astronomi osservano nell’universo numerosi buchi neri supermassicci che generano potenti e luminosi getti di particelle ad alta energia che percorrono lunghissime distanze, fino a milioni di anni luce. Quando questi getti relativistici sono puntati direttamente verso di noi, questi sistemi di buchi neri sono chiamati blazar. 

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Nonostante anni di studi e osservazioni, i blazar rimangono ancora avvolti da numerosi interrogativi, e sfidano i ricercatori nella comprensione della loro natura e del loro comportamento. La sonda IXPE, collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana lanciata nel 2021, sta svolgendo in questo tipo di ricerca un ruolo determinante, offrendo una straordinaria sensibilità nell’osservazione di questi oggetti estremi, in particolare con la misurazione di una proprietà speciale della luce a raggi X chiamata polarizzazione, che ha a che fare con l’organizzazione delle onde elettromagnetiche alle frequenze dei raggi X. 

Questa illustrazione della NASA mostra la struttura del getto di un buco nero come dedotto dalle recenti osservazioni del blazar Markarian 421 effettuate dall’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Il getto è alimentato da un disco di accrescimento, mostrato nella parte inferiore dell’immagine, che orbita e cade nel buco nero nel corso del tempo. Il getto è attraversato da campi magnetici elicoidali. Le osservazioni dell’IXPE hanno mostrato che i raggi X devono essere generati da uno shock che si origina all’interno del materiale che si muove a spirale attorno ai campi magnetici elicoidali. L’inserto mostra il fronte dello shock stesso. I raggi X sono generati nella regione bianca più vicina al fronte d’urto, mentre le emissioni ottiche e radio devono provenire da regioni più turbolente e lontane dallo shock.
Crediti: NASA/Pablo Garcia

Questa settimana, un team internazionale di ricercatori guidato dall’astrofisica dell’Agenzia Spaziale Italiana Laura Di Gesu ha pubblicato nuove scoperte dell’IXPE su un blazar chiamato Markarian 421. Questo blazar, situato in direzione della costellazione dell’Orsa Maggiore, a circa 400 milioni di anni luce dalla Terra, ha sorpreso gli scienziati con l’evidenza che nella parte del getto in cui le particelle vengono accelerate, il campo magnetico ha una struttura elicoidale. 

I getti come quello che fuoriesce da Markarian 421 possono estendersi per milioni di anni luce. Sono particolarmente luminosi perché, quando le particelle si avvicinano alla velocità della luce, emettono un’enorme quantità di energia. I modelli per la fuoriuscita dei potenti getti indicano in genere una struttura a spirale elicoidale, simile al modo in cui è organizzato il DNA umano, ma IXPE ha riscontrato una sorprendente variabilità nell’angolo di polarizzazione durante tre osservazioni prolungate di Markarian 421 nel maggio e giugno 2022. 

Questa immagine della sonda WISE della NASA mostra un blazar che punta proprio verso la Terra. Crediti: NASA/JPL-Caltech/UCLA

“Ci siamo accorti che la direzione della polarizzazione ha fatto letteralmente un’inversione a U, ruotando di quasi 180 gradi in due giorni”, spiega Herman Marshall, ricercatore presso il Massachusetts Institute of Technology e coautore dello studio. “Ci ha poi sorpreso di nuovo il fatto che, durante la terza osservazione, iniziata un giorno dopo, la direzione della polarizzazione continuava a ruotare alla stessa velocità”. 

Inoltre, le misurazioni ottiche, infrarosse e radio non hanno mostrato alcun cambiamento nella stabilità o nella struttura, anche quando la direzione della polarizzazione dei raggi X ruotava velocemente, il che significa che un’onda d’urto potrebbe propagarsi lungo i campi magnetici a spirale all’interno del getto.  I ricercatori sono adesso ansiosi di condurre ulteriori osservazioni di Markarian 421 e di altri blazar per saperne di più su queste fluttuazioni del getto e sulla loro frequenza. 

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