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VLBA rivela le onde di Alfvén nel getto di BL Lac

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Mappa radio di BL Lac a 15 GHz ottenuta con il VLBA. I singoli frame dell’animazione sono interpolati linearmente tra le singole immagini VLBA di diverse epoche. Credit: M. H. Cohen et al. 2015

Secondo uno studio recente condotto con il Very Long Baseline Array (VLBA) presso il National Radio Astronomy Observatory (NRAO), onde magnetiche ad alta velocità generate da un buco nero supermassiccio distante stanno ondeggiando come una frusta la cui “presa” è stata scossa da una sorta di “mano gigante”. Gli scienziati hanno utilizzato l’interferometro radio per esplorare ad alta risoluzione il prototipo di una classe di nuclei galattici attivi: stiamo parlando di BL Lacertae (BL Lac). I risultati sono pubblicati su Astrophysical Journal.Le onde vengono eccitate da un movimento alla base del getto“, spiega David Meier, un astrofisico ora in pensione del Jet Propulsion Laboratory (JPL) e del California Institute of Technology (Caltech) a Pasadena. Questi risultati rappresentano le cosiddette onde magnetoidrodinamiche, meglio note come onde di Alfven, identificate per la prima volta in un sistema dove è presente un buco nero. Le onde di Alfven sono generate quando le linee di forza del campo magnetico, come quelle che vengono generate dalla superficie del Sole o da un disco di accrescimento attorno a un buco nero, interagiscono con particelle cariche, sostanzialmente ioni, e diventano attorcigliate assumendo una forma elicoidale.

L’immagine raffigura le onde di Alfven di tipo S che si propagano verso l’esterno dalla base del getto che si origina dal buco nero. Il getto è un fluido di particelle cariche (plasma) che possiede un campo magnetico elicoidale (bobina in giallo) permeando tutto il plasma. Le onde viaggiano lungo il getto, nella direzione del flusso del plasma, con una velocità determinata sia dalle proprietà magnetiche del getto che dalla velocità del plasma. Il getto di BL Lac esaminato in questo studio si estende per diversi anni-luce e la velocità di propagazione delle onde è pari a 98% la velocità della luce. Credit: NASA/JPL-Caltech

Nel caso di BL Lac, gli ioni vengono emessi sotto forma di getti di particelle che emergono in direzione opposta dal disco di accrescimento a velocità relativistiche. “Immaginate lo scorrere dell’acqua all’interno di un tubo dell’acqua sinuoso che è stato teso“, dice il primo autore Marshall Cohen professore emerito di astronomia al Caltech. “Una perturbazione lateralmente ad una estremità del tubo sinuoso creerà un’onda che viaggia verso l’altra estremità, e se essa oscilla avanti e indietro, il tubo che attraversa il suo centro non ha altra scelta che spostarsi con essa. Una cosa simile sta accadendo in BL Lac“. Le onde di Alfven sono analoghe alla propagazione dei moti trasversali nel tubo e man mano che si propagano lungo le linee di forza del campo magnetico esse possono indurre le stesse linee di forza, e ai getti di particelle racchiusi dalle linee del campo, a muoversi di conseguenza. Nel caso dei getti di particelle è normale che essi vengono distorti e in certi casi può anche succedere che essi oscillano avanti e indietro. Tuttavia, questi movimenti avvengono su scale dell’ordine di migliaia o milioni di anni. “Ciò che stiamo vedendo in BL Lac sta accadendo su tempi scala di qualche settimana“, dice Cohen (vedasi animazione 1). “Stiamo scattando delle foto una volta al mese e vediamo come cambia la posizione delle onde“. “Analizzando queste onde, siamo in grado di determinare le proprietà fisiche interne del getto e ciò ci permetterà di comprendere meglio come i buchi neri formano queste strutture a getto“, aggiunge Meier (vedasi animazione 2). Inoltre, la cosa interessante è che dalla Terra le onde di Alfven che vengono prodotte da BL Lac sembrano propagarsi circa 5 volte più velocemente rispetto alla velocità della luce, ma si tratta semplicemente di un’illusione ottica dovuta al cosiddetto effetto di beaming relativistico dato il getto è allineato lungo la linea di vista. A queste velocità, il tempo rallenta il che elimina la percezione di quanto velocemente si stanno propagando le onde in questione.

JPL: Distant Black Hole Wave Twists Like Giant Whip

Caltech: Distant Black Hole Wave Twists Like Giant Whip

arXiv: Studies of the Jet in BL Lacertae. II. Superluminal Alfvén Waves

arXiv: Studies of the Jet in BL Lacertae I. Recollimation Shock and Moving Emission Features