Un tenue disco di materia è stato individuato dove non avrebbe dovuto esserci, ovvero attorno al buco nero supermassiccio nel centro della poco luminosa galassia Ngc 3147, distante 130 milioni di anni luce da noi. A scoprirlo è stato un team internazionale di ricercatori guidato da Stefano Bianchi, dell’Università degli Studi Roma Tre e a cui hanno partecipato anche colleghe e colleghi dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e dell’Agenzia spaziale italiana (Asi), grazie alle riprese del telescopio spaziale Hubble di Nasa ed Esa. Il lavoro che descrive la scoperta viene pubblicato oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La scoperta di un disco di materia attorno al buco nero centrale di una galassia a bassa luminosità come Ngc 3147 ha sorpreso gli astronomi. I buchi neri in certi tipi di galassie come Ngc 3147 sono infatti considerati “affamati”, in quanto attorno a loro non vi è sufficiente materiale catturato gravitazionalmente che possano ingurgitare e grazie al quale sono in grado di emettere enormi quantità di energia, sotto forma di getti e radiazione elettromagnetica, come la luce, ma anche più energetica, fino ai raggi X e gamma. La tenue struttura individuata nel cuore della galassia Ngc 3147, che può essere considerata a tutti gli effetti una copia sbiadita dei luminosi dischi attorno ai buchi neri centrali delle galassie attive, è una novità assoluta per chi studia questi oggetti celesti estremi.

«Questo è il primo, affascinante sguardo che abbiamo ottenuto di un disco così debole, tanto vicino al buco nero che le velocità della materia che lo compone e l’eccezionale forza di attrazione gravitazionale del buco nero che orbita influenzano notevolmente il modo in cui vediamo la luce emessa da questo sistema finora unico nel suo genere», dice Bianchi, che è anche ricercatore associato all’Inaf.

Osservare e misurare gli effetti estremi legati all’interazione tra materia, radiazione elettromagnetica e gravità nel cuore di Ngc 3147 è di estremo interesse per testare le teorie della relatività di Albert Einstein, come conferma Marco Chiaberge, in forza all’Stsci e alla Johns Hopkins University, anche lui nel team che ha realizzato la scoperta: «Non avevamo mai visto gli effetti della Relatività generale e speciale sulla luce visibile con un’accuratezza simile».

La galassia a spirale Ngc 3147, distante 130 milioni di anni luce da noi, in tutto il suo splendore. Crediti: Esa/Hubble & Nasa, A. Riess et al.

I dati raccolti dallo strumento Stis (Space Telescope Imaging Spectrograph) di Hubble hanno permesso di raccogliere preziose informazioni sulla velocità con cui ruota la materia del disco attorno al buco nero, pari a oltre il 10 per cento di quella della luce. Con questi valori così estremi, il gas sembra risultare più brillante mentre si sposta verso la Terra e al contrario perde luminosità mentre si allontana da noi. Questo effetto è noto come Doppler boosting o relativistic beaming. Le osservazioni di Hubble mostrano inoltre che la materia del disco è così profondamente dominata dalla forza di gravità del buco nero, la cui massa stimata è di 250 milioni di volte quella del Sole, che anche la luce prodotta dal gas che lo compone fa fatica a sfuggirgli, e ci arriva con lunghezze d’onda grandi e ci appare più arrossata. «Grazie agli effetti di distorsione della luce proveniente dal disco di gas siamo riusciti a misurare la sua distanza dal buco nero, che corrisponde a 30 miliardi di km, pari a circa 6 volte la distanza tra il Sole e Nettuno», aggiunge Andrea Marinucci, ricercatore dell’Asi, che ha partecipato allo studio.

Il team ha deciso di studiare in dettaglio il cuore della galassia Ngc 3147 proprio per verificare gli attuali modelli teorici che descrivono le proprietà delle galassie attive con bassa luminosità, ovvero quelle che ospitano nel loro centro buchi neri di grande massa ma “affamati”. Questi modelli suggeriscono che i dischi di materiale dovrebbero formarsi quando grandi quantità di gas vengono catturate dalla formidabile attrazione gravitazionale prodotta da un buco nero supermassiccio, emettendo così una enorme quantità di luce, come un potentissimo faro: quello che gli astronomi chiamano quasar.

«Il tipo di disco che vediamo è un quasar ridimensionato che non ci aspettavamo potesse esistere», sottolinea Alessandro Capetti dell’Inaf a Torino, anch’egli nel team di Bianchi. «È lo stesso tipo di disco che vediamo negli oggetti che sono 1000 o anche 100.000 volte più luminosi. È quindi evidente che le previsioni degli attuali modelli per galassie attive molto deboli in questo caso falliscono».