Le ultime scoperte dell’Osservatorio Astronomico della Valle d’Aosta

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I ricercatori dell’istituto valdostano, nell’ambito del consorzio mondiale WEBT coordinato dall’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, hanno compiuto osservazioni decisive per determinare le caratteristiche del misterioso getto di energia emesso dalla galassia CTA 102, a circa 8 miliardi di anni luce di distanza. Il fenomeno è dovuto alla presenza, nel nucleo della galassia, di un buco nero con massa pari a milioni di volte quella del Sole.

Utilizzando il Telescopio Principale da 81 cm di apertura, i ricercatori dell’Osservatorio Astronomico della Regione Autonoma Valle d’Aosta (OAVdA) hanno osservato un’eccezionale emissione di luce visibile da parte di CTA 102, una galassia attiva classificata come ‘blazar’. L’indagine astronomica è stata compiuta nell’ambito del consorzio mondiale Whole Earth Blazar Telescope (WEBT), fondato esattamente vent’anni fa, nel 1997, e dal 2000 guidato dall’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino.

I blazar sono caratterizzati da un’estrema variabilità del flusso su tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi X e gamma, e su un’ampia varietà di tempi, dagli anni fino a ore e minuti. Le misure compiute a Saint-Barthélemy, tra novembre e dicembre del 2016, hanno rappresentato il record assoluto di luminosità nella banda ottica registrato fino a quel momento tra le migliaia di blazar oggi noti (probabilmente la loro popolazione è più numerosa).

I dati dell’istituto valdostano hanno dato un contributo determinante per accrescere la comprensione delle caratteristiche del misterioso getto di energia prodotto da CTA 102. Il fenomeno è collegato alla complessa dinamica della materia nella regione centrale della remota galassia, attratta da un buco nero super massiccio, con una massa di circa un miliardo di volte quella del Sole.

Lo studio è stato accettato dalla rivista britannica Nature, insieme alla statunitense Science la pubblicazione scientifica professionale più influente al mondo. Per la sua rilevanza, gli editor di Nature lo hanno selezionato per la Advance Online Publication, cioè la pubblicazione sul sito della rivista in anteprima rispetto alla tradizionale stampa cartacea. Già a partire da oggi, lunedì 4 dicembre 2017, gli scienziati possono consultare questo lavoro.

La ricerca svolta a Saint-Barthélemy è stata resa possibile anche grazie al contributo della Fondazione CRT di Torino al progetto.

“Con il sostegno decennale della Fondazione CRT all’attività di ricerca dell’Osservatorio Astronomico, in particolare sulla galassia attiva CTA 102, possiamo dire di aver contribuito a questo importante traguardo”, afferma il Presidente della Fondazione CRT Giovanni Quaglia. “La doppia pubblicazione nel giro di poche settimane sulla prestigiosa rivista Nature, dopo ilrivoluzionario studio del pianeta nano Haumea, non è solo un motivo di grande soddisfazione e orgoglio per la ‘squadra’ vincente di Saint-Barthélemy, ma è anche un bellissimo successo per la Regione Autonoma Valle d’Aosta e per il Paese, rafforzandone la centralità scientifica in Europa e nel mondo”.

 “Abbiamo fatto il bis, siamo di nuovo su Nature”, commenta con soddisfazione Jean Marc Christille, direttore della Fondazione Clément Fillietroz-ONLUS, che gestisce l’OAVdA e il Planetario di Lignan. “Operiamo in un centro di ricerca relativamente giovane e piccolo. Partecipare a ambiziosi progetti internazionali, pubblicando sulla rivista scientifica più autorevole al mondo, è possibile solo grazie alla grande dedizione e all’alta professionalità di tutto il nostro staff”.

Spetta a Paolo Calcidese, co-autore del lavoro scientifico, illustrare la ricerca su CTA 102: “Il Progetto Nuclei galattici attivi, di cui sono responsabile, è stato avviato in OAVdA nel mese di giugno 2006, quando siamo stati invitati a partecipare al Whole Earth Blazar Telescope (WEBT), consorzio internazionale il cui obiettivo è il coordinamento delle osservazioni finalizzate al monitoraggio continuativo dei blazar. Con questo termine si indica un particolare tipo di galassie che variano la propria emissione, nella luce visibile e nelle altre bande dello spettro elettromagnetico, su intervalli di tempo sorprendenti, anche durante la singola notte”.

Il WEBT è stato fondato alla Boston University, Massachusetts, Stati Uniti, nel 1997: quindi nel 2017 compie vent’anni di attività. Dal 2000 il consorzio è guidato da Claudia Raiteri e Massimo Villata, ricercatori all’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino. Oggi coinvolge circa 40 telescopi che osservano in ottico, infrarosso vicino e radio da differenti località, distribuite in longitudine dall’Europa all’Oceano Pacifico. Le osservazioni del WEBT sono spesso svolte in abbinamento con osservazioni a frequenze più alte, dall’ultravioletto ai raggi X e gamma, condotte da telescopi terrestri e spaziali.

Il WEBT propone campagne osservative dedicate a uno o più target specifici: una di queste, lo scorso anno, riguardava proprio la galassia CTA 102. Calcidese ricorda come l’OAVdA ne è stato protagonista: “Nel 2016, alla fine di novembre, ho misurato un incredibile incremento di luminosità della galassia: emetteva nella banda ottica centinaia di volte più luce di quanto avesse mai fatto! Abbiamo quindi informato la comunità astronomica mondiale attraverso un ‘telegramma astronomico’, nome antico di un servizio oggi diffuso via web. L’allerta era firmata come primi autori da me e da Albino Carbognani, coordinatore delle operazioni scientifiche a Saint-Barthélemy, insieme ai referenti del WEBT”.

Continua Calcidese: “Una decina di notti dopo, all’inizio di dicembre, ho registrato un picco più alto. CTA 102 era quasi 300 volte più luminosa rispetto al suo standard: record assoluto per tutti i blazar monitorati in decenni di osservazioni compiute nella banda ottica! Immediatamente è seguito un altro telegramma astronomico, con me come primo autore insieme ai referenti del WEBT”.

In entrambi i casi, il picco di emissione in quelle ore è stato registrato solo a Saint-Barthélemy. “Con decine di telescopi puntati sullo stesso obiettivo, dalla superficie terrestre e dallo spazio, qualche notte dopo è stato misurato un picco di poco superiore, battendo il nostro record”, commenta Calcidese, che però aggiunge: “La vera sfida per la scienza non è misurare il valore più alto, bensì capire che cosa stia capitando su CTA 102. Anzi, che cosa è capitato, perché la luce che oggi vediamo al telescopio ha impiegato circa 8 miliardi di anni, da quando è stata emessa, per attraversare il cosmo e raggiungerci”.

Il modello attualmente di riferimento per spiegare le caratteristiche dei blazar e delle altre tipologie di nuclei galattici attivi prevede che le regioni centrali delle galassie ospitino un buco nero super massiccio, cioè con massa compresa tra centinaia di migliaia e miliardi di volte la massa solare (circa un miliardo di volte la massa del Sole nel caso di CTA 102). Com’è possibile che un buco nero, dal quale notoriamente nemmeno la luce può fuggire, contribuisca alla luminosità di una galassia?

“La materia catturata dal buco nero, prima di essere inghiottita definitivamente, gli orbita attorno formando una specie di vortice, detto disco di accrescimento. Man mano che gas e polveri, spiraleggiando, si avvicinano al punto di non ritorno, si riscaldano così tanto da emettere una grandissima quantità di onde elettromagnetiche”, spiega Calcidese. “Inoltre l’interazione tra la materia nel disco e il buco nero può produrre due getti di plasma, cioè materia ionizzata, che si dipanano in direzioni tra loro opposte e all’incirca ortogonali al piano di rotazione del disco, spingendosi anche a milioni di anni luce dalla galassia. Nel getto, il plasma viaggia a velocità relativistiche, cioè vicine alla velocità della luce, producendo un’ulteriore, potente emissione elettromagnetica. Un blazar è una galassia attiva il cui getto, per caso, punta verso la Terra, perciò ne vediamo bene l’emissione”.

La luce di un blazar, quindi, non proviene dal buco nero super massiccio al suo centro, bensì dalle regioni circostanti. Conclude Calcidese: “A tutt’oggi non sono affatto chiari i processi che portano alla formazione dei getti bipolari e alla loro variabilità temporale. Le misure raccolte in questo studio di CTA 102, a cominciare da quelle compiute in OAVdA, hanno permesso a Claudia Raiteri e Massimo Villata, responsabili del consorzio WEBT, di escludere che le emissioni a diverse lunghezze d’onda siano dovute a condizioni fisiche distinte lungo il getto. Piuttosto, i dati sono maggiormente in accordo con un’interpretazione geometrica. Se il getto di plasma è turbolento, oscilla in modo casuale da una parte all’altra come il fiotto di una fontanella quando c’è tanto vento. A seconda della zona del getto in quel momento diretta verso di noi, riceviamo ora più luce visibile, ora più onde radio e così via. Le cause fisiche della turbolenza non sono ancora comprese e saranno oggetto di studi successivi”.

Il direttore Jean Marc Christille puntualizza: “I blazar sono fondamentali per comprendere l’evoluzione delle galassie, compresa la nostra Via Lattea, e quale ruolo hanno i buchi neri super massicci nella loro formazione. Per questo vanno studiati con grande attenzione. Non a caso una delle mie prime azioni in qualità di direttore è stata rinnovare in modo formale la partecipazione dell’OAVdA nel consorzio WEBT, dopo circa 6 anni di sospensione a causa della necessità di impiegare la nostre forze nello sviluppo di altri progetti”.

“Questo autunno il nostro staff di ricercatori ha pubblicato ben quattro articoli scientifici su riviste specializzate di altissimo livello: un’analisi teorica su rotazione e coesione degli asteroidi su Planetary and Space Science, lo studio della stella Beta Pictoris con un telescopio in Antartide su Astronomy & Astrophysics, le osservazioni del pianeta nano Haumea e della galassia CTA 102, compiute a Saint-Barthélemy, entrambe su Nature”, sottolinea con orgoglio il direttore Christille. “Il Prof. Enzo Bertolini, direttore del nostro istituto dal 2006 al 2016, scomparso lo scorso giugno, ci ha insegnato che per ottenere successi di questo tipo sono importanti la preparazione dei ricercatori, le scelte degli obiettivi scientifici, il tempo dedicato alla ricerca: conta cioè la possibilità fare una buona programmazione del lavoro su tempi medio-lunghi. Per questo ringraziamo la Regione Autonoma Valle d’Aosta, il Comune di Nus e l’Unité des Communes valdôtaines Mont-Émilius per il sostegno che garantiscono alla Fondazione Clément Fillietroz-ONLUS in qualità di soci fondatori. Ringraziamo in particolare la Fondazione CRT di Torino che ha contribuito alla ricerca sul blazar CTA 102 attraverso un’erogazione ordinaria per attività di Ricerca & Istruzione 2017”.

 

 

Paper scientifico

C. M. Raiteri, M. Villata et al. “Blazar spectral variability as explained by a twisted inhomogeneous jet”, Advance Online Publication (AOP) sul sito web di Nature, 4 December 2017

dx.doi.org/10.1038/nature24623

 

Telegrammi astronomici

P. Calcidese, A. Carbognani, C. M. Raiteri, M. Villata et al. for the GASP-WEBT Collaboration, ATel #9821 “Exceptional activity of the blazar CTA 102 (2230+114) observed by the GASP-WEBT”, 2 December 2016, 16:54 UT

www.astronomerstelegram.org/?read=9821

P. Calcidese, C. M. Raiteri, M. Villata et al. for the GASP-WEBT Collaboration, ATel #9868 “CTA 102 brightens up to the most luminous optical blazar state ever detected”, 16 December 2016, 16:17 UT

www.astronomerstelegram.org/?read=9868

 

Comunicato della Fondazione Clément Fillietroz-ONLUS:

goo.gl/tQFC7o

 

Gallery con immagini, animazione e video liberamente utilizzabili citando la fonte

photos.app.goo.gl/q9xvYWK4VwTHZtPZ2

 

 

Link per saperne di più

WEBT-Whole Earth Blazar Telescope (in inglese): www.oato.inaf.it/blazars/webt

Media INAF, notiziario online dell’Istituto Nazionale di Astrofisica: www.media.inaf.it/2017/12/04/blazar

Cartolina della Fondazione Clément Fillietroz-ONLUS: goo.gl/mwHTir

Breve descrizione della Fondazione Clément Fillietroz-ONLUS: goo.gl/c21jFV