Scoperto il meccanismo delle esplosioni di raggi gamma del quasar OP 313

Un gruppo internazionale di astrofisici ha individuato il processo fisico responsabile delle intense esplosioni di raggi gamma provenienti dal quasar OP 313, uno degli oggetti più energetici osservabili nell’universo. Il lavoro scientifico, che vede un ruolo centrale del Dipartimento Interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari e della sezione barese dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), è stato pubblicato sulla rivista scientifica Astronomy and Astrophysics.

La ricerca riguarda una fase di attività particolarmente intensa registrata tra il 2023 e il 2024 e ha permesso di ricostruire con precisione il meccanismo che genera le cosiddette “fiammate” di raggi gamma osservate dagli astronomi. Il quasar OP 313 si trova a circa otto miliardi di anni luce dalla Terra, una distanza che rende ancora più complesso lo studio dei fenomeni che lo caratterizzano.

Collisioni nel getto di materia vicino al buco nero

Secondo i risultati dello studio, le esplosioni di raggi gamma si verificano quando nuove porzioni di materia vengono espulse dalla regione che circonda il buco nero supermassiccio al centro della galassia.

Questa materia viene incanalata in un potente getto relativistico, un flusso di particelle che si muove quasi alla velocità della luce. All’interno del getto, le diverse porzioni di materia possono entrare in collisione tra loro. È proprio l’urto tra queste strutture a generare un’accelerazione estremamente violenta delle particelle.

Durante questo processo l’energia prodotta viene convertita in raggi gamma, la forma più energetica di radiazione elettromagnetica conosciuta. Lo studio rappresenta la prima ricostruzione chiara e dettagliata di questo fenomeno nel caso specifico del quasar OP 313.

Gli scienziati sono riusciti a osservare il momento in cui una nuova struttura compariva nel getto di particelle, poco prima del picco di emissione gamma, fornendo così una prova diretta della relazione tra l’espulsione di materia e la produzione di energia estrema.

Un blazar che punta verso la Terra

OP 313 appartiene alla categoria dei blazar, galassie attive caratterizzate dalla presenza di un buco nero centrale capace di lanciare due giganteschi getti di particelle nello spazio.

Nel caso dei blazar, uno di questi getti è orientato quasi perfettamente nella direzione della Terra. Questa configurazione geometrica fa sì che la galassia appaia eccezionalmente luminosa e variabile, rendendola un laboratorio naturale per studiare fenomeni fisici estremi impossibili da riprodurre negli esperimenti terrestri.

Gli scienziati hanno analizzato quindici anni di dati osservativi, raccolti grazie a una combinazione di radiotelescopi terrestri e strumenti spaziali, tra cui i telescopi Fermi e Swift della NASA. Confrontando le osservazioni nelle onde radio con i picchi di emissione nei raggi gamma, i ricercatori sono riusciti a collegare l’evoluzione del getto di particelle agli eventi energetici osservati.

Il contributo delle ricercatrici italiane

Prima firmataria dello studio è Chiara Bartolini, dottoranda del Dottorato Nazionale in Scienze e Tecnologie Spaziali, studentessa dell’Università di Trento e associata alla sezione INFN di Bari. Secondo la ricercatrice, il lavoro ha permesso di osservare con grande precisione ciò che accade nelle vicinanze di un buco nero supermassiccio quando si produce una potente emissione di raggi gamma.

La comparsa di una nuova struttura nel getto seguita immediatamente dal picco di emissione energetica ha consentito di stabilire un legame diretto tra causa ed effetto, fornendo elementi preziosi per comprendere il funzionamento di alcuni tra gli oggetti più estremi dell’universo e il loro ruolo nell’evoluzione delle galassie.

A evidenziare l’importanza della ricerca è anche Elisabetta Bissaldi, docente del Dipartimento Interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari e ricercatrice INFN. Il lavoro dimostra quanto sia decisivo combinare osservazioni provenienti da diverse lunghezze d’onda – dalle onde radio fino ai raggi gamma – per ricostruire fenomeni che avvengono a miliardi di anni luce di distanza.

Lo studio rappresenta inoltre un esempio concreto di collaborazione tra università e centri di ricerca, capace di coinvolgere giovani scienziati e scienziate in progetti di frontiera nel campo dell’astrofisica.