Svelato il più grande jet radio mai visto nell’Universo primordiale, grazie alla sinergia tra telescopi

Si estende per ben oltre due volte il diametro della nostra Galassia alimentato da un buco nero da quasi mezzo miliardo di masse solari. È il più grande jet radio relativistico finora scoperto nell’Universo primordiale.

Il centro delle galassie è un luogo privilegiato per la nascita e la crescita di buchi neri supermassicci. La materia circostante al buco nero, attratta dalla fortissima gravità, prima di precipitarvi, spiraleggia attorno formando un disco caldissimo e, quindi, brillantissimo. E’ questo disco, detto di accrescimento, che svela la presenza del buco nero rendendolo visibile anche a grandissime distanze.

Qual è l'origine dei radio jets

Al disco di accrescimento è associato un intensissimo campo magnetico generato e mantenuto dal plasma di cui il disco è composto. L’asse di questo campo magnetico è generalmente perpendicolare allo stesso disco. Esso rappresenta una sorta di via privilegiata di fuga di parte del materiale del disco che sfugge a velocità relativistiche formando due getti (jets in inglese) di materia che fuoriescono dal disco in direzioni opposte.

I jets vengono prodotti anche nei dischi di accrescimento delle protostelle, anch'essi generati dall'interazione magnetica della stella col disco.

Questi getti di materia caldissima a velocità relativistiche emettono radiazione in tutta la banda dello spettro elettromagnetico, pertanto, sono osservabili sia nel visibile ma anche, ad esempio, alle radio onde.

Gli elettroni che spiraleggiano lungo le linee del campo magnetico emettono onde radio tramite un meccanismo chiamato emissione di bremstralung.

Così come il brillante disco di accrescimento svela la presenza del buco nero, anche i jets che si estendono fino a distanze enormi ne svelano la presenza. La ricerca di nuclei galattici brillanti, chiamati anche nuclei galattici attivi, o anche quasar, come anche la ricerca di getti relativistici è una metodologia per scovare buchi neri supermassicci.

La sinergia tra telescopi

Come dicevamo, i getti relativistici emettono radiazione nella banda visibile, nell’ultravioletto ma anche nella banda radio. Quale modo migliore per trovarli e caratterizzare le proprietà di osservarli con più telescopi, ciascuno specializzato nella sua banda elettromagnetica?

radio jets — Immagini nella banda radio del quasar e dei suoi jets radio relativistici. Credit: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/F. Sweijen (Durham University) Image processing: M. Zamani (NSF NOIRLab)

Questa sinergia tra telescopi insieme sensibili ad una banda estesa, rispetto al singolo telescopio, è una strategia vincente e viene sistematicamente utilizzata in astronomia.

La combinazione tra le osservazioni radio di LOFAR e del telescopio Gemini Nord, complementate da quelle del telescopio Hobby-Eberly ha prodotto immagini sensazionali di quello che ad oggi è il più potente jet radio dell’Universo primordiale.

L'Osservatorio Internazionale Gemini è costituito da due telescopi ottici/infrarossi del diametro di 8,1 metri situati in due dei migliori siti di osservazione del pianeta. Dalle loro posizioni a Maunakea alle Hawaii e Cerro Pachón in Cile, i telescopi dell'Osservatorio Gemini possono accedere collettivamente all'intero cielo.

Il radio jet primordiale più potente mai prima osservato è generato da un quasar dal nome J1601+3102 formatosi quando l’Universo aveva circa il 9% della sua attuale età, cioè circa 1.2 miliardi dopo il Big Bang. Ciò che lo rende spettacolare è la presenza di due getti relativistici che si estendono in direzioni opposte per una distanza pari a circa due volte il diametro della nostra Galassia, cioè per ben 200 mila anni luce.

LOFAR (LOw Frequency ARray) è attualmente il più grande radiotelescopio che opera alle frequenze più basse osservabili dalla Terra. A differenza dei telescopi a parabola singola, LOFAR è una rete di antenne.

La parte finale dei due jets ha la forma di lobi. Questi sono così distanti dal disco di accrescimento che li ha generati che, inizialmente, si pensava fossero oggetti che nulla avessero a che fare con il quasar.

Successivamente, le osservazioni combinate nel visibile e nel radio hanno mostrato la struttura completa e articolata con cui i due lontani lobi sono collegati lungo questi getti alla loro sorgente.

I due jets sono asimmetrici in brillantezza e distanza il che indica come l’ambiente circostante abbia influito attivamente sulla loro forma.

“È interessante notare che il quasar che alimenta questo enorme getto radio non ha una massa di buco nero estrema rispetto ad altri quasar (450 milioni di masse solari contro i miliardi di altri quasar)”, afferma Gloudemans, primo autore dell'articolo su Astrophysical Journal. “Ciò sembra indicare che non hai necessariamente bisogno di un buco nero eccezionalmente massiccio”

Essendo J1601+3102 un oggetto dell’Universo primordiale, la sua estrema velocità di allontanamento dovuta all’espansione dell’Universo, ne sposta la radiazione emessa verso il rosso. Questo ha permesso di osservarne le caratteristiche spettrali ultraviolette spostate nell’infrarosso con lo spettrografo infrarosso GNIRS montato al telescopio Gemini Nord.

Lo studio di getti radio nell’Universo primordiale permette di capire come questi si siano formati ed evoluti e che impatto la loro esistenza abbia avuto sull’evoluzione delle galassie.

Riferimenti allo studio

“Monster radio jet (>66 kpc) observed in quasar at z ∼ 5” to appear in The Astrophysical Journal Letters, Gloudemans et al. (2025)