Nel galassia spirale NGC 3783, a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra, un buco nero supermassiccio ha scatenato un'eruzione di proporzioni straordinarie, accelerando venti di materia a velocità prossime a un quinto della velocità della luce in meno di 24 ore. L'evento, documentato per la prima volta grazie alla collaborazione tra due osservatori spaziali a raggi X di ultima generazione, offre nuove chiavi di lettura sui meccanismi che governano i nuclei galattici attivi e sul loro ruolo nell'evoluzione cosmica. La scoperta rivela inoltre sorprendenti analogie tra i comportamenti delle stelle e quelli dei giganti gravitazionali che dominano i centri delle galassie.
I telescopi spaziali XMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea e XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), missione guidata dall'agenzia giapponese JAXA con partecipazione di ESA e NASA, hanno osservato simultaneamente un brillamento X provenire dal nucleo di NGC 3783. Il fenomeno ha mostrato caratteristiche fino ad oggi mai registrate: mentre l'intenso lampo di radiazione X si attenuava rapidamente, sono emersi venti ad altissima velocità che si propagavano nello spazio circostante a 60.000 chilometri al secondo, trasportando enormi quantità di materia ionizzata lontano dal buco nero.
Il gruppo di ricerca guidato da Liyi Gu dello Space Research Organization Netherlands (SRON) ha analizzato i dati raccolti durante l'osservazione congiunta, rivelando un collegamento causale diretto tra il brillamento e la formazione dei venti. "Non avevamo mai assistito a un buco nero generare venti a queste velocità in modo così rapido", spiega Gu. "Per la prima volta abbiamo documentato come un'improvvisa esplosione di radiazione X innescata da un buco nero dia origine immediatamente a venti ultra-veloci, con un processo di formazione che si completa nell'arco di un solo giorno".
Il buco nero al centro di NGC 3783 possiede una massa equivalente a circa 30 milioni di masse solari e si trova in una fase di intensa attività, divorando continuamente gas e polveri dal disco di accrescimento circostante. Questo processo alimenta quella che gli astrofisici definiscono un Nucleo Galattico Attivo (AGN), una regione straordinariamente luminosa ed energetica che emette radiazione attraverso tutto lo spettro elettromagnetico, dai raggi gamma alle onde radio. Gli AGN rappresentano alcuni degli oggetti più estremi dell'universo osservabile e costituiscono laboratori naturali fondamentali per comprendere i fenomeni gravitazionali e magnetici ai loro limiti estremi.
La ricostruzione del fenomeno proposta dai ricercatori suggerisce che i venti siano stati generati da un improvviso riassetto della configurazione del campo magnetico nell'ambiente circostante il buco nero. "I venti attorno a questo buco nero sembrano essersi formati quando il campo magnetico aggrovigliato dell'AGN si è improvvisamente 'distorto', in modo analogo ai brillamenti solari ma su una scala quasi inimmaginabile", commenta Matteo Guainazzi, Project Scientist ESA per XRISM e coautore dello studio. Questa dinamica richiama da vicino le espulsioni di massa coronale che caratterizzano l'attività del Sole, eventi durante i quali la nostra stella espelle nello spazio interplanetario enormi quantità di plasma magnetizzato.
Il parallelo con i fenomeni solari non è puramente analogico ma suggerisce l'esistenza di meccanismi fisici comuni che operano su scale dimensionali ed energetiche radicalmente diverse. L'11 novembre scorso, ad esempio, il Sole ha prodotto un'espulsione di massa coronale a seguito di un intenso brillamento, con materiale inizialmente espulso a velocità di circa 1.500 chilometri al secondo. Nonostante la differenza di quaranta volte nella velocità, i processi fisici sottostanti – riconnessione magnetica e accelerazione di particelle cariche – appaiono fondamentalmente simili, evidenziando come la fisica dell'alta energia possa manifestarsi in modi sorprendentemente universali nell'universo.
La scoperta assume particolare rilevanza anche per comprendere l'evoluzione delle galassie nel corso della storia cosmica. "Gli AGN con venti intensi giocano un ruolo cruciale nell'evoluzione delle galassie ospiti e nei processi di formazione stellare", sottolinea Camille Diez, membro del team e ricercatrice ESA. I venti ultra-veloci generati dai nuclei galattici attivi possono infatti espellere grandi quantità di gas dalle regioni centrali delle galassie, regolando o addirittura sopprimendo la formazione di nuove stelle. "Poiché questi fenomeni sono così influenti, approfondire la conoscenza del magnetismo negli AGN e dei meccanismi che generano venti come questi è fondamentale per comprendere la storia delle galassie in tutto l'universo", aggiunge Diez.
Dal punto di vista metodologico, la scoperta è stata resa possibile dalla complementarità degli strumenti a bordo dei due osservatori spaziali. XMM-Newton, operativo da oltre 25 anni nell'esplorazione degli ambienti più caldi ed estremi del cosmo, ha monitorato l'evoluzione temporale del brillamento attraverso il suo Optical Monitor e ha misurato l'estensione spaziale dei venti utilizzando la European Photon Imaging Camera (EPIC). XRISM, in orbita da settembre 2023, ha invece impiegato il suo strumento Resolve per analizzare con precisione spettroscopica senza precedenti la velocità, la struttura e i processi di lancio dei venti, fornendo informazioni dettagliate sulla composizione chimica e sullo stato di ionizzazione del materiale espulso.
La sinergia tra le due missioni rappresenta un esempio virtuoso di cooperazione scientifica internazionale nel campo dell'astrofisica delle alte energie. "La loro scoperta deriva da una collaborazione efficace, elemento centrale di tutte le missioni ESA", commenta Erik Kuulkers, Project Scientist ESA per XMM-Newton. "Concentrandosi su un buco nero supermassiccio attivo, i due telescopi hanno individuato qualcosa che non avevamo mai osservato prima: venti ultra-veloci e rapidi, innescati da un brillamento, che ricordano quelli che si formano nel Sole. In modo entusiasmante, questo suggerisce che la fisica solare e quella delle alte energie potrebbero operare in modi sorprendentemente familiari in tutto l'universo".
Le prospettive future della ricerca puntano ora a identificare altri eventi simili attraverso campagne osservative coordinate, per determinare se questo tipo di eruzione rappresenti un fenomeno eccezionale o piuttosto un comportamento ricorrente nei nuclei galattici attivi. La capacità di XRISM di effettuare spettroscopia ad alta risoluzione nella banda dei raggi X, combinata con il monitoraggio a lungo termine di XMM-Newton, promette di rivelare ulteriori dettagli sui meccanismi di accelerazione delle particelle, sulla geometria dei campi magnetici e sul bilancio energetico complessivo di questi sistemi estremi.