A spectacular multi-wavelength transient associated with an off-axis relativistic jet

Immaginate l'universo come un gigantesco palcoscenico cosmico dove le stelle di solito mettono in scena spettacoli prevedibili: esplodono, svaniscono o collassano dolcemente. Ma ogni tanto, un attore cosmico mette in scena una acrobazia così folle da rompere la sceneggiatura. È esattamente ciò che è accaduto con un evento cosmico chiamato AT 2019ijn.

Un team di astronomi, agendo come detective intergalattici, si è imbattuto in questo mistero scansionando il cielo con un enorme array di radiotelescopi chiamato Very Large Array (VLA). Cercavano cose che gridano forte nelle onde radio ma sussurrano piano nella luce visibile. La maggior parte delle esplosioni cosmiche sono come fuochi d'artificio: vedi prima il lampo luminoso, poi senti il boato dopo. AT 2019ijn era diversa. Era un "fantasma nella macchina" che è rimasto nascosto nella luce visibile per un intero anno prima di urlare improvvisamente nelle onde radio.

Il mistero si svela: un ritardo di un anno

Ecco la parte strana: l'evento si è acceso per la prima volta nella luce visibile il 31 maggio 2019. È stato un lampo blu brillante che è cresciuto rapidamente (in soli circa 7 giorni nel suo tempo) e poi è svanito lentamente per oltre 38 giorni. Era così luminoso da brillare con una potenza di circa 10⁴⁴ erg/s (tanta energia!).

Ma poi, il silenzio. Per un intero anno, i radiotelescopi non hanno visto nulla. L'oggetto era invisibile per loro. Poi, il 21 luglio 2020, il "boato" radio è finalmente arrivato. Il segnale radio era incredibilmente forte, con un picco di 6,2 mJy (un'unità di luminosità radio), e non è solo svanito; ha continuato a brillare per oltre 6 anni.

Gli autori suggeriscono che questo ritardo sia avvenuto perché l'esplosione stava sparando un fascio di energia super veloce e stretto — un getto relativistico — ma non era puntato verso di noi. Immaginate una potente torcia che ruota nel buio. Se il fascio è puntato lontano da voi, non vedete nulla. Ma man mano che il fascio rallenta e si espande nel tempo, alla fine ruota e colpisce i vostri occhi. È quello che probabilmente è successo qui: il getto era "off-axis", ovvero era puntato leggermente lontano dalla Terra, facendo arrivare in ritardo il segnale radio.

Cosa non era: escludere i soliti sospetti

Gli scienziati sono stati molto meticolosi nel controllare se si trattasse solo di una normale esplosione stellare. Hanno esaminato le prove e hanno detto: "No".

• Non una supernova standard: Le normali stelle che esplodono (supernovae) alimentate dalla morte di una stella massiccia non hanno semplicemente abbastanza energia per creare un segnale radio così brillante e duraturo. L'energia qui è stata stimata in 2 × 10⁵² erg, che è molto troppo alta per una normale esplosione.
• Non un Gamma-Ray Burst (GRB): Di solito, quando vediamo un getto come questo, si tratta di un Gamma-Ray Burst, che urla in raggi X ad alta energia e raggi gamma. Ma AT 2019ijn era silenzioso in quelle bande ad alta energia. Non aveva lo "grido ad alta energia" che di solito accompagna un getto puntato direttamente verso di noi.
• Non una Superluminous Supernova (SLSN): Queste sono le "superstar" delle esplosioni, ma anche loro di solito svaniscono molto più velocemente di quanto abbia fatto AT 2019ijn. Il bagliore radio qui era da 10 a 100 volte più luminoso di quanto vediamo di solito da questi eventi anni dopo.

La teoria principale: un buco nero che mangia una stella

Quindi, cosa l'ha causato? Gli autori suggeriscono che il colpevole più probabile sia un Evento di Disruzione Mareale (TDE).

Immaginate un buco nero (un aspirapolvere cosmico) che è un po' più piccolo dei giganti che vediamo di solito nei centri galattici. Questo è probabilmente un buco nero "di massa intermedia", con un peso compreso tra 10⁴ e 10⁶ volte la massa del nostro Sole. Vive in una piccola galassia nana in formazione.

Un giorno, una stella è passata troppo vicino. La gravità del buco nero è stata così forte da fare a pezzi la stella. Questa non è una rottura gentile; è uno sminuzzamento violento. Il materiale della stella ha formato un disco rotante attorno al buco nero, riscaldandosi e brillando di blu (quello è il lampo ottico che abbiamo visto nel 2019).

Ma ecco il colpo di scena: mentre il buco nero divorava la stella, non si limitava a mangiare; lanciava anche un potente getto di particelle che scagliavano via a velocità vicina a quella della luce. Poiché questo getto era puntato leggermente lontano da noi (off-axis), non abbiamo visto l'esplosione iniziale. Abbiamo visto solo la "scia luminosa" quando il getto ha rallentato abbastanza da diventare visibile, il che ha richiesto quell'anno extra.

L'evidenza: un'impronta digitale cosmica

Come fanno a sapere che si tratta di un buco nero e non di qualcos'altro? Hanno esaminato la galassia ospite, una piccola galassia nana a circa 1,4 miliardi di anni luce di distanza (redshift z = 0,273).

• L'ospite: La galassia è giovane e piena di nuove stelle, ma non è enorme. In base alle dimensioni della galassia, la matematica suggerisce che il buco nero al suo interno debba essere nell'ordine di 10.000 - 1.000.000 di masse solari.
• Il gas: Quando hanno osservato la luce della galassia, hanno visto una linea larga di idrogeno gassoso (Hα). Questo suggerisce che ci sia molto gas che ruota intorno, il che si adatta alla storia di una stella fatta a pezzi che si nutre di un buco nero.
• Lo spettro radio: Il modo in cui le onde radio sono cambiate nel tempo (diventando più piatte e poi più ripide) corrispondeva perfettamente alle simulazioni al computer di un getto stretto che rallenta mentre attraversa lo spazio. Un'esplosione sferica semplice (come una supernova standard) non avrebbe potuto adattarsi ai dati.

Il verdetto

L'articolo conclude che AT 2019ijn è probabilmente un evento di disruzione mareale con getto (jetted TDE) proveniente da un buco nero di massa inferiore, visto lateralmente. È un evento raro ed esotico in cui un buco nero ha divorato una stella, ha lanciato un getto relativistico e poi, un anno dopo, quel getto si è finalmente girato verso di noi per dire ciao.

Sebbene gli autori ammettano che altre idee esotiche (come una strana fusione tra una stella e un buco nero) potrebbero essere possibili, le prove puntano più fortemente al buco nero che mangia una stella. Questa scoperta è importante perché mostra che questi potenti getti possono accadere in galassie più piccole e possono essere individuati anche quando non sono puntati direttamente verso di noi. È come trovare il raggio di un faro che era nascosto nella nebbia, solo per rendersi conto che la luce era lì tutto il tempo, solo in attesa che la nebbia si diradasse.