Messier 87 (M87)

M87, nota anche come Galassia Virgo A o NGC 4486, è la galassia ellittica supergigante che domina il cuore dell'Ammasso della Vergine, uno degli ammassi galattici più vicini alla Via Lattea. È tra le galassie più grandi e massicce conosciute e la più imponente all'interno della costellazione di appartenenza.

Per trovarla, si può cercare quasi a metà strada tra Denebola nel Leone e Vindemiatrix nella Vergine, spostandosi leggermente dalla parte di quest'ultima. 

La posizione nel cielo di M87, tra Denebola e Vindemiatrix. Crediti AstronomiAmo, software Stellarium Web

M87 fu catalogata da Charles Messier nel 1781 come una "nebulosa senza stelle", prima che si comprendesse la vera natura delle galassie. La sua relativa vicinanza alla Terra, stimata in circa 55 milioni di anni luce, l'ha resa uno degli oggetti più studiati del profondo cielo.

In quanto galassia ellittica gigante, M87 è caratterizzata da una forma sferoidale o ellissoidale, con una distribuzione di stelle molto più diffusa e un volume occupato notevolmente maggiore rispetto a una galassia a spirale come la Via Lattea. La sua massa totale è stimata essere circa 10 volte quella della Via Lattea, rendendola una delle strutture più massicce dell'universo locale.

Un'altra caratteristica distintiva di M87 è il suo numero straordinariamente elevato di ammassi globulari. Mentre la Via Lattea ne ospita circa 200, M87 ne contiene un numero spropositato, con stime che variano ma che spesso superano i 12.000 - 15.000, rendendola un vero e proprio laboratorio per lo studio della formazione e dell'evoluzione di queste antiche popolazioni stellari.

Il buco nero supermassiccio: M87*

Il cuore di M87 ospita uno dei fenomeni più spettacolari e studiati dell'astrofisica moderna: un buco nero supermassiccio di proporzioni colossali. Le prime deduzioni sulla sua esistenza furono basate sull'osservazione di un disco di gas in rapida rotazione intorno al nucleo galattico.

La ripresa dell'ombra del buco nero di M87. Crediti Event Horizon Telescope

Nel 2019, la collaborazione Event Horizon Telescope (EHT) ha rivoluzionato il campo, fornendo la prima immagine diretta in assoluto dell'ombra di un buco nero supermassiccio e del suo ambiente circostante. Questo buco nero, battezzato M87* (e a cui è stato dato il nome hawaiano Powehi), ha una massa stimata di circa 6,5 miliardi di masse solari, un valore che lo rende uno dei buchi neri più massicci mai rilevati. La sua "dimensione" è paragonabile a quella dell'intero Sistema Solare.

Il getto relativistico

Dal nucleo di M87 erutta un getto di materia altamente energetica e magnetizzata, scoperto per la prima volta nel 1918 da Heber Doust Curtis. Questo getto, che si estende per almeno 5.000 anni luce, è un esempio paradigmatico di getto relativistico, un fenomeno alimentato dal buco nero supermassiccio al centro della galassia. La luce polarizzata del getto indica che si tratta principalmente di radiazione di sincrotrone, prodotta da elettroni che spiraleggiano a velocità prossime a quella della luce attorno a linee di campo magnetico.

• HST-1: il punto caldo enigmatico: lungo il getto di M87, esiste un addensamento di materia noto come HST-1. Osservato per la prima volta come punto luminoso nel 1999 (a circa 214 anni luce dal nucleo), il suo comportamento ha affascinato gli astronomi. Tra il 2000 e il 2005, HST-1 ha subito brillamenti spettacolari, aumentando la sua luminosità fino a 90 volte rispetto al normale, superando in certi momenti la luminosità del nucleo galattico stesso. Anche la sua emissione di raggi X è aumentata fino a 50 volte. Le possibili spiegazioni includono regioni di materia compressa all'interno del getto o una riconfigurazione improvvisa delle linee di campo magnetico, simile ai brillamenti solari, che libera enormi quantità di energia.

• Moto superluminale apparente: osservazioni condotte dal Chandra X-ray Observatory tra il 2012 e il 2017 hanno rivelato la presenza di "grumi" di materia all'interno del getto (a 900 e 2.500 anni luce dal centro) che si muovevano con velocità apparenti di 6,3 e 2,4 volte la velocità della luce. Questo fenomeno, noto come moto superluminale apparente, è un'illusione ottica che si verifica quando un oggetto viaggia a velocità prossime a quella della luce lungo una direzione molto vicina alla nostra linea di vista, creando l'illusione di una velocità superiore al limite cosmico. Durante il periodo di osservazione, questi punti luminosi si sono anche affievoliti del 70%, suggerendo una perdita di energia delle particelle mentre si muovono e spiraleggiano nel campo magnetico.

• Il campo magnetico elicoidale: uno studio di fine 2021, basato su osservazioni del Karl G. Jansky Very Large Array, ha rivelato una sorprendente scoperta: il campo magnetico del getto di M87 si estende fino a 3.300 anni luce dal buco nero centrale, una distanza mai osservata prima per un getto galattico. Le immagini hanno permesso di ricostruire una struttura tridimensionale del campo, mostrando che costringe il getto a una forma a elica. Sebbene l'intensità del campo magnetico tenda a diminuire con la distanza, l'instabilità fluidodinamica del flusso di materia del getto (le instabilità di Kelvin-Helmholtz) produce regioni ad alta pressione che possono comprimere le linee magnetiche anche a grandissime distanze.

• Dinamiche e modelli teorici: i getti di M87 non sono uniformi; appaiono deformati e disomogenei, cambiando forma da parabolica a conica lungo la loro estensione. Questa "rottura" nella forma del getto è stata osservata anche in altre galassie e ha fornito un nuovo strumento per gli scienziati. Sfruttando la distanza tra il nucleo e il punto di rottura del getto, i ricercatori hanno potuto applicare modelli teorici e calcoli al supercomputer per misurare con precisione la massa e lo spin del buco nero centrale di M87*. Questa metodologia, che descrive il getto come un flusso di fluido magnetizzato la cui forma è influenzata da fattori come la velocità delle particelle, la corrente elettrica e il tasso di accrescimento del buco nero, ha fornito stime di massa del tutto simili a quelle ottenute con altri metodi, confermando ulteriormente la robustezza di queste misurazioni.