Quando un buco nero si nutre viene rilasciata un'enorme quantità di energia, producendo potenti getti di luce dal gas surriscaldato. Questi voraci mostri dell'universo si nutrono di luce e materia trascinando stelle, altri corpi e gas in un vorticoso disco (disco di accrescimento) che li circonda. Tali strutture però non possono essere studiate direttamente perché i buchi neri conosciuti sono troppo lontani per i telescopi attuali. Tuttavia, gli astronomi potrebbero aver ottenuto indizi del disco di accrescimento nella vicina IC 5063, una galassia di tipo Seyfert con un nucleo galattico attivo (AGN) a 156 milioni di anni luce dalla Terra. Due immagini riprese dal telescopio spaziale Hubble mostrano raggi luminosi e ombre scure irradiarsi dal centro galattico. L'effetto potrebbe essere dovuto al toroide polveroso che proietta la propria ombra sulla polvere e sul gas alla periferia della galassia.

Raggi crepuscolari

 Alcune delle viste più spettacolari nel cielo terrestre si verificano all'alba e al tramonto, quando la luce del Sole ormai vicino all'orizzonte filtra tra le nuvole, proiettando fasci chiaro-scuri nell'atmosfera. In questo caso, i raggi luminosi provenienti dalla nostra stella si alternano ai coni d'ombra creati dalla nuvole. Ma un effetto simile è presente anche in alcune immagini Hubble della galassia IC 5063. riprese il 7 marzo e il 25 novembre 2019 dalla Wide Field Camera 3 e dalla Advanced Camera for Surveys.

Diversi modelli possono spiegare la presenza di strutture radiali chiare e scure in alcune galassie con nucleo galattico attivo; una di esse (in alto a destra) prevede la presenza di dischi multipli di accrescimento quasi perpendicolari rispetto al piano galattico. - Credits:Maksym et al."/ApJL

 Sebbene i ricercatori abbiano sviluppato diverse teorie plausibili per lo spettacolo visibile in queste foto, l'idea più intrigante è che il disco di accrescimento, una sorta di ciambella di polvere che circonda il buco nero, stia proiettando la sua ombra nello spazio. Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, è stato condotto da un team guidato da Peter Maksym del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).

 Secondo lo scenario proposto da Maksym, il disco di polvere attorno al buco nero non blocca tutta la luce. Gli spazi vuoti nel disco consentono alla luce di irradiarsi, creando raggi brillanti a forma di cono, simili a quelli osservabili durante i tramonti terrestri ma su scala molto più grande. Secondo le stime, si rendono visibili illuminando polvere e gas della galassia fino a 36000 anni luce. Di contro, la luce intercettata dalle zone dense dell'anello, crea ombre nello spazio simili a dita scure e che sembrano muoversi anche molto più rapidamente della luce. In questo caso, luci ed ombre sono visibili perché l'equatore del buco nero ed il suo anello di accrescimento sono inclinati rispetto al piano della galassia.

Crediti: NASA/ESA/A. Barth/J. Schmidt - Processing: Marco Di Lorenzo

 Questo gioco di luci e ombre offre una visione unica della distribuzione del materiale che circonda il buco nero, se l'interpretazione è corretta. 

 "Sono davvero eccitato", ha commentato Maksym, "perché l'idea che sia l'ombra del toroide non credo sia mai stata verificata prima. Scientificamente, ci sta mostrando qualcosa che è difficile, se non impossibile, vedere direttamente. Sappiamo che questo fenomeno dovrebbe accadere, ma in questo caso possiamo vederne gli effetti in tutta la galassia. Sapere di più sulla geometria del disco avrà implicazioni per chiunque cerchi di capire il comportamento dei buchi neri supermassicci e del loro ambiente circostante. Man mano che una galassia evolve, essa viene modellata dal suo buco nero centrale".
 Lo studio del toroide è importante perché incanala il materiale verso il buco nero. Se l'idea è valida, i raggi scuri forniscono una prova indiretta che il disco in IC 5063 potrebbe essere molto sottile, il che spiega perché la luce può filtrare attraverso di esso. "È possibile che la deformazione [del disco dovuta alle grandi forze interne], crei spazi abbastanza grandi da far passare parte della luce, e mentre il toroide ruota, i fasci di luce potrebbero attraversare la galassia come fari nella nebbia", ha aggiunto Maksym.

Crediti: NASA, ESA, STScI and W.P. Maksym (CfA)

Citizen Science

La scoperta è arrivata grazie a Judy Schmidt, un'stronoma dilettante amante del processing delle immagini Hubble. Schmidt ha scoperto le ombre rielaborando le foto del 2019 prese dall'archivio ufficiale. Maksym è tra i suoi follower su Twitter e, proprio sul social, ha visto la sorprendente elaborazione.

Le immagini più vecchie raccolte dai telescopi terrestri forse già mostravano indizi di questa struttura ma è solo grazie alla vista acuta di Hubble che il dettaglio è venuto alla luce.

Realizzato con il contributo di Marco Di Lorenzo