I buchi neri supermassicci sono circondati da tonnellate di plasma surriscaldato che gira vorticosamente attorno, formando un toroide e un disco di accrescimento che fornisce continuamente materiale al mostro cosmico. A causa della gravità estrema, quel gas si muove incredibilmente veloce e brilla ferocemente. È ciò che chiamiamo quasar, visibile da tutto l'universo.

I quasar sono facili da individuare, mentre è molto più difficile quantificare le proprietà del buco nero centrale.
Felix Bosco, in stretta collaborazione con Jörg-Uwe Pott, entrambi del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) e Joseph Hennawi, UC Santa Barbara; USA e Leiden University, Paesi Bassi, ha dimostrato per la prima volta che è possibile determinare la massa di un quasar utilizzando una tecnica chiamata spettroastrometria. Questa si basa sull'osservazione dell'area intorno al buco nero.

Mentre il gas vortica intorno ad esso, parte si sposterà nella nostra direzione e parte se si allontanerà. La porzione del gas che si muove verso di noi sarà spostata verso il blu (blueshit) e la porzione che si allontana si sposterà verso il rosso (redshit). Anche se il buco nero centrale e il disco di accrescimento sono troppo piccoli per essere risolti, la tecnica può ancora essere applicata a regioni più lontane e, attraverso la modellazione, i ricercatori possono stimare una massa.
"Separando le informazioni spettrali e spaziali nella luce raccolta, nonché modellando statisticamente i dati misurati, possiamo ricavare distanze molto inferiori a un pixel dell'immagine dal centro del disco di accrescimento", ha spiegato Bosco.

massa di un quasar

Rappresentazione schematica dell'origine del segnale spettroastrometrico. Se il gas ionizzato fosse a riposo, misureremmo la stessa lunghezza d'onda della riga spettrale ovunque. Tuttavia, le nuvole di gas orbitano attorno al buco nero. Visti di lato, vengono verso di noi da un lato mentre si allontanano nuovamente dall'altro. Di conseguenza, il segnale spettrale appare spostato verso il blu verso lunghezze d'onda più corte su un lato. Dall'altro lato, è spostato verso il rosso verso lunghezze d'onda più lunghe. Questa differenza determina il segnale spettroastrometrico da cui i ricercatori possono determinare la distanza massima delle nuvole e la velocità prevalente.
Crediti: Reparto grafico/Bosco/MPIA

Il team ha applicato con successo questa tecnica a J2123-0050, un quasar attivo quando l'universo aveva appena 2,9 miliardi di anni.
I dati hanno mostrato che il buco nero centrale ha una massa di 1,8 miliardi di masse solari. Tuttavia, per portare questa tecnica al livello successivo e mirare ai primi quasar, ci sarà bisogno di nuovi telescopi.
“Con la sensibilità notevolmente aumentata del James Webb Space Telescope (JWST) e dell'Extremely Large Telescope (ELT, con un diametro dello specchio primario di 39 metri) attualmente in costruzione, saremo presto in grado di determinare le masse dei quasar a i redshift più alti”, ha detto Hennawi.