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3C 279, che fantastico flare!

Cinque miliardi di anni fa, si ebbe un brillamento in una regione dello spazio in prossimità del buco nero che risiede nel nucleo del quasar 3C 279. Lo scorso 14 Giugno, l’impulso della radiazione di alta energia, o flare, prodotto da questo evento è arrivato finalmente a Terra mettendo in moto i rivelatori a bordo del telescopio spaziale per raggi gamma Fermi e di altri satelliti. Gli astronomi di vari osservatori sparsi sul globo hanno subito puntato gli strumenti verso la sorgente per osservare questo brillamento da record, sia pur di breve durata, in grande dettaglio.

Un giorno, 3C 279 è uno dei tanti nuclei galattici attivi che osserviamo e il giorno dopo si mostra come la sorgente gamma più luminosa del cielo“, spiega Sara Cutini che si occupa del Fermi Large Area Telescope presso il centro scientifico di raccolta dati dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) a Roma. L’oggetto in questione è un Optically Violent Variable quasar (OVV) ben noto, una sorgente la cui estrema e violenta attività è alimentata da un buco nero supermassiccio con una massa di miliardi di volte quella del sole e dimensioni paragonabili a quelle del nostro sistema planetario. Man mano che la materia si accresce lungo una struttura a forma di disco e precipita verso il buco nero, alcune particelle sfuggono via a velocità relativistiche lungo due getti, perpendicolari al disco di accrescimento, che si propagano nello spazio in direzioni opposte. Ciò che rende estremamente luminoso un quasar è il particolare allineamento di uno dei due getti lungo la linea di vista dell’osservatore: si parla di blazar. “Questo flare è il più potente che sia mai stato rivelato da Fermi durante i suoi sette anni di missione, diventando 10 volte più luminoso durante la notte“, dice Elizabeth Hays project scientist del satellite Fermi alla NASA. Secondo gli astronomi, il flare potrebbe essere stato causato da qualche evento avvenuto all’interno del getto, anche se non è ancora del tutto chiaro.

L’immagine mostra raggi gamma registrati dal telscopio LAT a bordo di Fermi, che hanno energie da 100 milioni a 100 miliardi di elettronvolt (eV). Per confronto, la luce visibile ha energie tra 2-3 eV. In questa immagine, una lunga esposizione settimanale terminata il 10 Giugno 2015, prima dell’evento. Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

La sorgente piu brillante e persistente del cielo gamma è la pulsar delle Vele, che si trova a circa 1000 anni luce. 3C 279 è qualche milione di volte più distante e durante il flare è diventata 4 vole più brillante della pulsar delle Vele. Questo significa l’emissione di una enorme quantità di energia, una di quelle che non può durare per molto tempo. La sorgente è in seguito tornata ad un livello di emissione gamma ordinario dopo circa quattro giorni. Il rapido declino della luminosità è il motivo per cui gli scienziati hanno iniziato in fretta a raccogliere quanto più dati possibile. “La nostra priorità è stata quella di realizzare le osservazioni mentre la sorgente era ancora brillante“, dice Masaaki Hayashida un membro del gruppo di ricerca dell’osservatorio spaziale Fermi presso l’Institute for Cosmic Ray Research dell’Università di Tokyo e co-autore dello studio. “Una volta che il flare si è esaurito, abbiamo iniziato a studiare il meccanismo che lo ha prodotto“. AGILE, il satellite dell’Agenzia Spaziale Italiana per raggi gamma, è stato il primo ad osservare il brillamento, seguito dal satellite Fermi. Poi, sono state condotte una serie di ulteriori osservazioni con il satellite della NASA Swift e con il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea INTEGRAL, quest’ultimo puntato proprio nella giusta direzione del cielo, così come da altri telescopi e radiotelescopi terrestri.

L’immagine raffigura lo storico flare del blazar 3C 279 ripreso dallo strumento LAT a bordo del satellite Fermi. L’esposizione riguarda la settimana successiva al 10 Giugno 2015 che mostra il flare. Credits: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

3C 279 occupa un posto speciale nella storia dell’astronomia per raggi-gamma. Durante un flare rivelato nel 1991 dallo strumento EGRET installato a bordo del satellite CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), lanciato all’epoca poco dopo l’evento e rimasto operativo fino al 2000, l’oggetto acquisì il record di “sorgente gamma più brillante e più distante conosciuta a quel tempo”. “Anche se non ci aspettavamo di trovare la sorgente così brillante, abbiamo avuto ben presto una grossa sorpresa“, ricorda Robert Hartman che ha guidato il primo studio su 3C 279 con il CGRO ed è attualmente membro del gruppo di ricerca del telescopio spaziale Fermi alla NASA. “La sua luminosità è variata in maniera sostanziale, diventando quattro volte più brillante nel corso di dieci giorni“. L’evento del 14 Giugno è diventato estremamente luminoso in meno di un giorno raggiungendo il picco il 16 Giugno durante il quale ha generato un flare gamma 10 volte più brillante rispetto all’evento del 1991. Queste rapide variazioni di luminosità contengono informazioni sulla dimensione della regione dello spazio da dove si è prodotto il brillamento, che non può essere più grande della distanza percorsa dalla luce durante l’evento.

Insomma, possiamo dire che lo scorso mese di Giugno è stato davvero caldo e intenso anche per il team di Fermi. Mentre lo strumento LAT raccoglieva dati da 3C 279, il Gamma-ray Burst Monitor è stato così impegnato come non mai da quando è iniziata la missione. Lo strumento ha poi rivelato tutta una serie di picchi associati a fenomeni di eruzione solare, che di per sè sono insoliti, ma anche diverse emissioni di alta energia in particolare da V404 Cygni, un sistema binario che contiene un buco nero risvegliatosi dopo circa 26 anni.

NASA: NASA's Fermi Sees Record Flare from a Black Hole in a Distant Galaxy
arXiv: The Most Intensive Gamma-Ray Flare of Quasar 3C 279 with the Second-Order Fermi Acceleration 

Questa visualizzazione mostra i raggi-gamma rivelati dal telescopio LAT a bordo del satellite Fermi durante il grande flare emesso da 3C 279. I raggi-gamma sono rappresentati da cerchietti che si espandono, come quando le gocce d’acqua cadono sulla superficie di uno stagno. Il flare è rappresentato come un’improvviso rovescio di “pioggia” che termina verso la fine dell’animazione. La dimensione del cerchio e il colore rappresentano l’intensità dei raggi-gamma (in bianco minore intensità, in magenta intensità maggiore). L’animazione inizia il 14 Giugno e termina 3 giorni dopo. Credits: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration