La luce fluttuante di un buco nero, osservata per oltre 15 anni, ha rivelato di più sul modo in cui questi oggetti enigmatici si nutrono. In primo luogo, una struttura chiamata corona si forma intorno all'esterno dell'orizzonte degli eventi. Quindi, potenti getti di plasma si lanciano dai poli, perforando il materiale dalla corona nello spazio interstellare a velocità vicine a quella della luce nel vuoto.
La scoperta, paragonata al martellamento ritmico di un "battito cardiaco", risolve una lunga questione aperta nella scienza dei buchi neri. "Sembra logico, ma c'è stato un dibattito per vent'anni sul fatto che la corona e il jet fossero semplicemente la stessa cosa", ha spiegato l'astrofisico Mariano Méndez dell'Università di Groningen nei Paesi Bassi.
Il buco nero in questione fa parte del GRS 1915+105, situato a circa 36.000 anni luce dal Sole. È quello che chiamiamo un microquasar, un buco nero di massa stellare bloccato in un sistema binario vicino con un altro oggetto e che si nutre di esso; nel caso di GRS 1915+105, questa è una stella normale. Poiché i due oggetti sono così vicini tra loro, il buco nero strappa materiale dalla stella; questo materiale forma un disco attorno al buco nero che gradualmente viene inghiottito dal buco nero.
È la stessa cosa che vediamo su scala più ampia nei quasar, che sono nuclei galattici che contengono un buco nero supermassiccio attivo da milioni a miliardi di volte la massa del Sole. Il buco nero GRS 1915+105 è solo 12 volte la massa del Sole, quindi microquasar; anche così, è uno dei buchi neri di massa stellare più massicci conosciuti nella Via Lattea.
Questo processo genera molta luce dal riscaldamento del disco e dal complicato ambiente intorno al buco nero. Una struttura generatrice di luce è la corona, tra il bordo interno del disco di accrescimento e l'orizzonte degli eventi. Questa è una regione di elettroni estremamente caldi che si pensa siano alimentati dal campo magnetico del buco nero, agendo come un sincrotrone per accelerare gli elettroni a energie così elevate che brillano intensamente nelle lunghezze d'onda dei raggi X.
Poi ci sono i getti. Si pensa che questi siano costituiti da materiale accelerato lungo le linee del campo magnetico al di fuori dell'orizzonte degli eventi del buco nero verso le regioni polari, dove vengono lanciati nello spazio a estreme velocità, emettendo luce in lunghezze d'onda radio. Questo è ciò che pensano gli scienziati, comunque. Lo spazio intorno ai buchi neri è così estremo che è difficile capire i processi che avvengono. Méndez e i suoi colleghi volevano saperne di più su come i jet vengono accelerati e lanciati. Hanno raccolto dati a raggi X e radio sul microquasar tra il 1996 e il 2012 e li hanno studiati attentamente.
Il loro campione finale consisteva in 410 osservazioni simultanee a raggi X e radio di GRS 1915+105. Ciò significava che potevano osservare i cambiamenti in entrambi i tipi di luce allo stesso tempo. Hanno scoperto che quando la luce a raggi X è forte, la radio è debole e viceversa; e che i getti sono più forti quando la corona è più piccola.
Ciò suggerisce che l'energia che alimenta il sistema microquasar può essere diretta sia alla corona a raggi X che al getto relativistico. Aggiungendo ai modelli delle fluttuazioni della luce dal sistema, i ricercatori hanno concluso che, almeno in GRS 1915 + 105, sembra che la corona si trasformi nel getto. "È stata una bella sfida dimostrare questa natura sequenziale", ha spiegato Méndez. "Abbiamo dovuto confrontare i dati degli anni con quelli dei secondi, e delle energie molto alte con quelli molto bassi".
Il prossimo passo per il team sarà quello di cercare di spiegare alcune stranezze che le loro osservazioni hanno rivelato. La corona a raggi X è più luminosa, hanno scoperto, di quanto possa essere spiegata dalla sola temperatura. Ciò significa che potrebbe essere in gioco qualcos'altro. Il team pensa che il campo magnetico potrebbe esserne responsabile.
La rotazione differenziale del buco nero e del disco di accrescimento può causare l'aggrovigliamento e il caos dei campi magnetici. Quando il campo magnetico è caotico, ipotizza il team, la corona si riscalda; quando torna di nuovo in ordine, il materiale può fuoriuscire, e quindi i getti vengono lanciati. "In linea di principio", scrivono i ricercatori, "la stessa canalizzazione di energia verso il getto e la corona dovrebbe avvenire nei buchi neri supermassicci, e dovrebbe quindi applicarsi all'intera gamma di masse dei buchi neri nel piano fondamentale dell'attività dei buchi neri".