Emissioni deformate per il blazar CTA 102, il più luminoso mai osservato
Un folto gruppo di ricercatori guidati dagli scienziati dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha scoperto un esempio particolare di getto relativistico, la cui emissione – per una specie di effetto faro – viene esaltata a frequenze diverse in tempi diversi. Si tratta di una potente forma di espulsione di plasma ed energia proveniente da un buco nero supermassiccio al centro di un nucleo galattico attivo, ma il getto ha una forma sinuosa – che ricorda quella di un serpente – ed è disomogeneo. I ricercatori dell’INAF di Torino hanno condotto le osservazioni guidando un’intensa campagna osservativa multifrequenza nell’ambito della collaborazione internazionale Whole Earth Blazar Telescope, presieduta da Massimo Villata della sede torinese dell’INAF.
Nella seconda metà del 2016 il blazar CTA 102 ha mostrato un rapido aumento di luminosità ottica, catturando l’attenzione di tutti gli studiosi del settore. Il picco è stato registrato il 28 dicembre, con una variazione di circa 6 magnitudini rispetto ai livelli di minimo osservati negli anni precedenti. L’evento è stato eccezionale e CTA 102 è stato classificato come il blazar più luminoso mai osservato.
Il getto è stato osservato da più di 40 telescopi in una trentina di osservatori sparsi nell’emisfero nord della Terra, tra cui diversi gestiti dall’Italia. Gli scienziati hanno raccolto migliaia di dati in diverse frequenze dello spettro, nell’ottico, radio e vicino infrarosso, permettendo la ricostruzione delle curve di luce nel dettaglio. Durante la campagna osservativa della sorgente (iniziata nel 2008) è stato possibile acquisire informazioni polarimetriche e spettroscopiche. Tra gli strumenti dell’INAF coinvolti ci sono il Telescopio Nazionale Galileo (TNG) alle Canarie, il telescopio ottico Schmidt e quello nel vicino infrarosso di Campo Imperatore.
“Tutti i dati raccolti ci hanno permesso di convalidare l’ipotesi che la variabilità mostrata da questo oggetto sia dovuta a cambiamenti del fattore Doppler relativistico”, commenta Claudia M. Raiteri, prima autrice dello studio pubblicato oggi sul sito web della rivista Nature e ricercatrice astronoma presso l’INAF di Torino. “L’emissione dei blazar è dominata, infatti, dalla radiazione proveniente da uno dei getti relativistici, che punta verso di noi. L’allineamento, grazie all’effetto di beaming relativistico, amplifica il flusso osservato e causa anche un aumento Doppler delle frequenze e una contrazione dei tempi scala di variabilità”, spiega.
È proprio questa contrazione dei tempi, insieme all’aumento dell’ampiezza delle variazioni di flusso, che gli scienziati del team internazionale hanno potuto verificare osservando l’eccezionale outburst (esplosione di luminosità) di CTA 102, al culmine del quale la luminosità ottica del getto ha superato di 3500 volte il suo livello minimo.
Villata aggiunge: “La nostra interpretazione è che il getto sia curvo e disomogeneo, cioè che emetta radiazione con frequenza diversa da regioni diverse, e che queste regioni cambino orientamento nel tempo a causa di instabilità sorte nel getto e/o di moti orbitali, ipotizzando che il motore centrale del nucleo galattico attivo sia un sistema binario di buchi neri, o di precessione. Secondo tale interpretazione il formidabile aumento di luminosità è stato il risultato di un maggiore allineamento (avvenuto circa 8 miliardi di anni fa) della regione del getto responsabile dell’emissione ottica alla nostra linea di vista”.
Raiteri conclude dicendo che “la nostra interpretazione trova supporto sia teorico che osservativo. Le simulazioni numeriche magnetoidrodinamiche relativistiche in 3D realizzate dai colleghi, in particolare qui all’Osservatorio Astrofisico di Torino dell’INAF, mostrano l’insorgere di instabilità nel getto, che lo distorcono. D’altra parte, l’analisi di immagini ottenute con interferometria radio rivelano che sulle scale del di qualche anno luce il getto sembra elicoidale e vorticoso”.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul sito web della rivista Nature nell’articolo “Blazar spectral variability as explained by a twisting inhomogeneous jet”, di C. M. Raiteri (INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino), M. Villata (INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino), J. A. Acosta-Pulido (Instituto de Astrofisica de Canarias e Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), I. Agudo (Instituto de Astrofísica de Andalucía), A. A. Arkharov (Pulkovo Observatory), R. Bachev (Institute of Astronomy and NAO, Bulgarian Academy of Sciences), G. V. Baida (Crimean Astrophysical Observatory RAS), E. Benítez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonoma de Mexico), G. A. Borman (Crimean Astrophysical Observatory RAS), W. Boschin (TNG INAF, Instituto de Astrofisica de Canarias e Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), V. Bozhilov (Department of Astronomy, Faculty of Physics, University of Sofia), M. S. Butuzova (Crimean Astrophysical Observatory RAS), P. Calcidese (Osservatorio Astronomico della Regione Autonoma Valle d’Aosta), M. I. Carnerero (INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino), D. Carosati (EPT Observatories, TNG INAF), C. Casadio (Max Planck Institut für Radioastronomie, Instituto de Astrofísica de Andalucía), N. Castro-Segura (Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna, School of Physics & Astronomy, University of Southampton), W.-P. Chen (Graduate Institute of Astronomy, National Central University), G. Damljanovic (Astronomical Observatory), F. D’Ammando (Dip. di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, INAF, Istituto di Radioastronomia), A. Di Paola (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma), J. Echevarría (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonoma de Mexico), N. V. Efimova (Pulkovo Observatory), Sh. A. Ehgamberdiev (Ulugh Beg Astronomical Institute, Maidanak Observatory), C. Espinosa (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonoma de Mexico), A. Fuentes (Instituto de Astrofísica de Andalucía), A. Giunta (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma), J. L. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía), T. S. Grishina (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), M. A. Gurwell (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), D. Hiriart (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonoma de Mexico), H. Jermak (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University), B. Jordan (School of Cosmic Physics, Dublin Institute For Advanced Studies), S. G. Jorstad (Institute for Astrophysical Research, Boston University, Astronomical Institute, St. Petersburg State University), M. Joshi (Institute for Astrophysical Research, Boston University, Astronomical Institute), E. N. Kopatskaya (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), K. Kuratov (NNLOT, Al-Farabi Kazakh National University, Fesenkov Astrophysical Institute), O. M. Kurtanidze (Abastumani Observatory, Engelhardt Astronomical Observatory, Kazan Federal University, Landessternwarte, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Center for Astrophysics, Guangzhou University), S. O. Kurtanidze (Abastumani Observatory), A. Lähteenmäki (Aalto University Metsähovi Radio Observatory, Aalto University Dept of Electronics and Nanoengineering, Tartu Observatory), V. M. Larionov (Astronomical Institute, St. Petersburg State University, Pulkovo Observatory), E. G. Larionova (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), L. V. Larionova (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), C. Lázaro (Instituto de Astrofisica de Canarias, Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), C. S. Lin (Graduate Institute of Astronomy, National Central University), M. P. Malmrose (Graduate Institute of Astronomy, National Central University), A. P. Marscher (Graduate Institute of Astronomy, National Central University), K. Matsumoto (Astronomical Institute, Osaka Kyoiku University), B. McBreen (UCD School of Physics, University College Dublin), R. Michel (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonoma de Mexico), B. Mihov (Institute of Astronomy and NAO, Bulgarian Academy of Sciences), M. Minev (Department of Astronomy, Faculty of Physics, University of Sofia), D. O. Mirzaqulov (Ulugh Beg Astronomical Institute, Maidanak Observatory), A. A. Mokrushina (Astronomical Institute, St. Petersburg State University, Pulkovo Observatory), S. N. Molina (Instituto de Astrofísica de Andalucía), J. W. Moody (Department of Physics and Astronomy, Brigham Young University), D. A. Morozova (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), S. V. Nazarov (Crimean Astrophysical Observatory RAS), M. G. Nikolashvili (Abastumani Observatory), J. M. Ohlert (Michael Adrian Observatorium, Astronomie Stiftung Trebur, University of Applied Sciences, Technische Hochschule Mittelhessen), D. N. Okhmat (Crimean Astrophysical Observatory RAS), E. Ovcharov (Department of Astronomy, Faculty of Physics, University of Sofia), F. Pinna (Instituto de Astrofisica de Canarias, Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), T. A. Polakis (Command Module Observatory), C. Protasio (Instituto de Astrofisica de Canarias, Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna) , T. Pursimo (Nordic Optical Telescope), F. J. Redondo-Lorenzo (Instituto de Astrofisica de Canarias, Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), N. Rizzi (Osservatorio Astronomico Sirio), G. Rodriguez-Coira (Instituto de Astrofisica de Canarias, Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna), K. Sadakane (Astronomical Institute, Osaka Kyoiku University), A. C. Sadun (Department of Physics, University of Colorado Denver), M. R. Samal (Graduate Institute of Astronomy, National Central University), S. S. Savchenko (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), E. Semkov (Institute of Astronomy and NAO, Bulgarian Academy of Sciences), B. A. Skiff (Lowell Observatory), L. Slavcheva-Mihova (Institute of Astronomy and NAO, Bulgarian Academy of Sciences), P. S. Smith (Steward Observatory, University of Arizona), I. A. Steele (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University), A. Strigachev (Institute of Astronomy and NAO, Bulgarian Academy of Sciences), J. Tammi (Aalto University Metsähovi Radio Observatory), C. Thum (Instituto de Radio Astronomìa Milimètrica), M. Tornikoski (Aalto University Metsähovi Radio Observatory), Yu. V. Troitskaya (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), I. S. Troitsky (Astronomical Institute, St. Petersburg State University), A. A. Vasilyev (Astronomical Institute, St. Petersburg State University) e O. Vince (Astronomical Observatory)
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