Radio Monitoring of the Changing-look AGN Mrk 590 I: VLA Observations Reveal A Bow-shock Driven Radio Brightening Event

I nuclei galattici attivi sono i cuori brillanti ed energetici di galassie distanti, alimentati da buchi neri supermassicci che consumano gas e polvere circostanti. Sebbene questi motori cosmici siano solitamente costanti, un raro sottoinsieme noto come nuclei galattici attivi a "aspetto variabile" (changing-look) può subire trasformazioni drammatiche, svanendo improvvisamente da stati brillanti e attivi verso un quasi silenzio, o riaccendendosi dopo anni di dormienza. Questi cambiamenti sono ben documentati nella luce visibile, nell'ultravioletto e nei raggi X, dove gli astronomi possono vedere direttamente il disco di accrezione — il disco rotante di materiale che alimenta il buco nero — cambiare il proprio comportamento. Tuttavia, le onde radio emesse da questi stessi oggetti, che spesso tracciano potenti getti di particelle che scaturiscono dal buco nero, sono rimaste un mistero. Gli scienziati si sono a lungo chiesti se i getti radio rispondano in sincronia con il disco di alimentazione, o se operino secondo un proprio programma separato. Comprendere questa relazione è crucialo perché rivela come l'energia si muova dalle immediate vicinanze di un buco nero verso lo spazio vasto della sua galassia ospite.

In uno studio recente, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione su Mrk 590, un nucleo galattico attivo a aspetto variabile che è diventato celebre per essersi affievolito nel corso di diversi decenni prima di iniziare a brillare nuovamente nel 2017. Per capire cosa stesse accadendo alle sue emissioni radio durante questa transizione, il team ha utilizzato il Karl G. Jansky Very Large Array, un massiccio radiotelescopio nel Nuovo Messico, per osservare la galassia in quattro momenti differenti tra il 2015 e il 2017. Hanno sintonizzato il telescopio per ascoltare attraverso un'ampia gamma di frequenze radio, da 1 a 17 gigahertz, creando un'immagine dettagliata della sorgente radio della galassia. Ciò che hanno scoperto è stato un nucleo compatto e brillante che è cambiato significativamente nel tempo. Nel 2015, lo spettro radio — il modo in cui la luminosità cambia attraverso le diverse frequenze — presentava una gobba distinta, suggerendo che le onde radio fossero assorbite da qualcosa nelle vicinanze. Entro il 2016 e il 2017, mentre la galassia iniziava a risvegliarsi nella luce visibile, la sorgente radio non è solo diventata più luminosa; la sua forma è cambiata, diventando una pendenza costante e crescente che indicava l'emergere di una nuova e potente fonte di energia.

Per capire cosa stesse guidando questo aumento di luminosità radio, il team ha costruito sofisticati modelli informatici per testare diverse spiegazioni fisiche. Hanno prima considerato se i cambiamenti fossero causati dal mezzo interstellare della nostra stessa Via Lattea, che a volte può agire come una lente per ingrandire sorgenti radio distanti. Tuttavia, la tempistica dei cambiamenti era troppo lenta per questo effetto, che di solito avviene in ore, non in mesi. Hanno anche testato l'idea che una stella fosse stata fatta a pezzi dal buco nero, un evento noto come evento di distruzione mareale. Questa ipotesi è stata esclusa perché l'aumento di luminosità radio è iniziato almeno un anno prima che la luce visibile brillasse, mentre nei noti eventi di distruzione mareale il segnale radio segue sempre la luce. La spiegazione più probabile, supportata dalla loro analisi statistica, è che un urto d'onda (bow shock) stia guidando la variabilità. Mentre il getto radio della galassia spinge verso l'esterno, esso si scontra con il denso gas della galassia ospite, creando un fronte d'urto simile alla scia d'acqua davanti a una barca veloce. Questa collisione comprime i campi magnetici e accelera gli elettroni, generando un nuovo impulso di onde radio che causa l'osservato aumento di luminosità.

I ricercatori hanno anche esaminato se questa attività radio fosse direttamente collegata alla frenesia di alimentazione del buco nero che ha causato il risveglio della galassia nel 2017. Calcolando la dimensione della regione in cui stavano avvenendo i cambiamenti radio, hanno determinato che essa si trovava molto più lontana dal buco nero centrale rispetto al disco di accrezione stesso. Questa separazione spaziale suggerisce che l'aumento di luminosità radio e l'aumento ottico non facciano parte dello stesso evento immediato. Mentre il disco di alimentazione della galassia stava cambiando stato e illuminandosi in luce visibile, il getto radio stava vivendo un evento separato e indipendente, guidato dalla sua interazione con il gas della galassia circostante. Questo ritrovamento evidenzia la diversità dei nuclei galattici attivi a aspetto variabile; a differenza di altre galassie dove le emissioni radio e luminose salgono e scendono insieme, Mrk 590 mostra che questi diversi tipi di attività cosmica possono essere guidati da meccanismi distinti. Lo studio conclude che, sebbene il buco nero stesse effettivamente riaccendendo il suo motore, le onde radio che vediamo raccontano una storia diversa, quella di un getto che spinge attraverso il paesaggio cosmico e crea i propri urti, indipendentemente dalle abitudini di alimentazione immediata del buco nero.