UN BUCO NERO SUPERMASSICCIO IN FUGA

Un misterioso quanto intrigante buco nero gigante continua a sfuggire al rilevamento degli scienziati lasciandoli sconcertati. Questa immagine composita dell'ammasso di galassie Abell 2261 contiene dati ottici ottenuti dal telescopio spaziale Hubble della NASA e dal telescopio Subaru giapponese. Mostrano galassie nell'ammasso e sullo sfondo, e dati dall'osservatorio a raggi X Chandra della NASA che mostrano gas caldo (colorato di rosa) che pervade l'ammasso. La parte centrale dell'immagine mostra la grande galassia ellittica al centro dell'ammasso.

Si pensa che i buchi neri supermassicci si nascondano proprio al centro delle galassie. La nostra Via Lattea ne ha uno della grandezza di 4 milioni di soli. Mentre l'M87 - l'unico buco nero mai ripreso direttamente, si estende per ben 2,4 miliardi di masse solari.

Questo enorme buco nero supermassiccio continua a scivolare attraverso i sensori degli astronomi

 
La grande galassia al centro dell'ammasso Abell 2261, che si trova a circa 2,7 miliardi di anni luce dalla Terra, dovrebbe avere un buco nero centrale ancora più grande: un mostro che inghiotte la luce che pesa da 3 a 100 miliardi di soli. Ma finora nessuno è mai riuscito a scovarlo e l'oggetto esotico è sfuggito al rilevamento.
Ad esempio, i ricercatori in precedenza hanno cercato i raggi X in streaming dal centro della galassia, utilizzando i dati raccolti dall'osservatorio a raggi X Chandra della NASA nel 1999 e nel 2004. I raggi X sono una potenziale firma di un buco nero: quando il materiale cade nelle fauci di un buco nero , accelera e si riscalda tremendamente, emettendo molta luce a raggi X ad alta energia. Ma quella caccia non ha portato a niente.
 
Ora, un nuovo studio ha condotto una ricerca ancora più approfondita dei raggi X nella stessa galassia, utilizzando le osservazioni di Chandra del 2018. E questo nuovo sforzo non ha riguardato solo il centro della galassia. Gli scienziati hanno ipotizzato anche la possibilità che il buco nero fosse stato spinto verso l'entroterra dopo una mostruosa fusione galattica.
 
Quando i buchi neri e altri oggetti massicci entrano in collisione, emettono onde nello spazio-tempo note come onde gravitazionali. Gli scienziati sostengono che se le onde emesse non sono simmetriche in tutte le direzioni, potrebbero finire per spingere il buco nero supermassiccio fuso lontano dal centro della galassia appena ingrandita.
 

La natura dei buchi neri supermassicci

 
Gli astronomi si stanno sempre più avvicinando alla comprensione dei colossali processi di alimentazione di enormi buchi neri. Più studiamo l'Universo, più appare probabile che ogni galassia stia orbitando attorno a un colosso cosmico, un buco nero supermassiccio, che alimenta il nucleo galattico. C'è molto che non sappiamo su questi oggetti giganti, inclusa la domanda lampante di come crescono così enormi, ma una nuova ricerca potrebbe aiutarci a colmare alcune lacune. Secondo una nuova indagine radio di tutte le galassie in una regione del cielo, ogni buco nero supermassiccio in un nucleo galattico divora la materia, anche se lo fanno in modo leggermente diverso. Stiamo ricevendo sempre più indicazioni che tutte le galassie hanno buchi neri enormemente massicci nei loro centri. Naturalmente, questi devono essere cresciuti fino alla loro massa attuale. Sembra che, grazie alle nostre osservazioni, ora abbiamo in vista questi processi di crescita e stiamo lentamente ma inesorabilmente iniziando a comprenderli. C'è una divertente lacuna nella gamma di massa dei buchi neri che significa che ci manca un pezzo importante del puzzle di come i buchi neri supermassicci si formano e crescono. I buchi neri di massa stellare - quelli che si sono formati dal nucleo collassato di una stella massiccia - sono stati rilevati solo fino a 142 volte la massa del Sole, e anche quello era più pesante del solito, il prodotto di una collisione tra due neri più piccoli buchi. I buchi neri supermassicci, d'altra parte, sono tipicamente compresi tra pochi milioni e miliardi di masse solari. Penseresti che se i buchi neri supermassicci crescessero da quelli di massa stellare, ce ne sarebbero molti di massa intermedia là fuori, ma sono stati fatti pochissimi rilevamenti. Studiando una regione dello spazio conosciuta come MERCI-Nord, situata nella costellazione dell'Orsa Maggiore, un team di astronomi guidato da Jack Radcliffe dell'Università di Pretoria in Sud Africa ha analizzato principalmente le lunghezze d'onda ottiche, ultraviolette e infrarosse. Radcliffe e il suo team hanno eseguito analisi della regione utilizzando una gamma di lunghezze d'onda fino ai raggi X, aggiungendo alla miscela osservazioni radio utilizzando un'interferometria di base molto lunga. Pertanto, hanno identificato i nuclei galattici attivi - quelli contenenti un buco nero supermassiccio attivo - che erano luminosi a diverse lunghezze d'onda. Quando i buchi neri supermassicci stanno attivamente accumulando materiale - assorbendo gas e polvere dal loro spazio circostante - il materiale si riscalda, risplendendo di radiazioni elettromagnetiche abbastanza luminose da essere visto attraverso vaste distanze cosmiche.  A seconda della quantità di polvere che oscura il nucleo galattico, alcune lunghezze d'onda di questa luce possono essere più forti, quindi non è possibile utilizzare un singolo intervallo di lunghezze d'onda per identificare tutti i nuclei galattici attivi in ​​una zona di cielo effettuando diverse osservazioni.
Ne è emerso che non tutto l'accrescimento attivo è lo stesso e hanno scoperto che alcuni buchi neri supermassicci attivi divorano materiale a un ritmo molto più veloce di altri, e alcuni non divorano affatto. 
 

Lo starburst 

Successivamente, hanno studiato la presenza di attività starburst - cioè una regione e un periodo di intensa formazione stellare - che coincide con un nucleo galattico attivo.
Si pensa che il feedback di un nucleo galattico attivo possa spegnere la formazione stellare soffiando via tutto il materiale di cui sono fatte le stelle, ma alcuni studi hanno dimostrato che può accadere anche l'opposto: quel materiale scioccato e compresso dal feedback può collassare in baby stelle.
Hanno scoperto che alcune galassie hanno attività starburst e altre no. L'attività continua dello starburst può rendere più difficile vedere un nucleo galattico attivo, suggerendo che saranno necessarie ulteriori indagini per definire meglio il ruolo del feedback nell'estinzione.
Infine, hanno studiato i getti relativistici che possono sparare dai poli di un buco nero supermassiccio durante l'accrescimento attivo. Si pensa che questi getti siano costituiti da una piccola frazione di materiale che viene incanalato lungo le linee del campo magnetico dalla regione interna del disco di accrescimento ai poli del buco nero dove viene lanciato nello spazio sotto forma di getti di plasma ionizzato, a velocità una percentuale significativa della velocità della luce.
Non siamo del tutto sicuri di come e perché si formino questi getti e la ricerca del team suggerisce che il tasso di accrescimento del materiale non gioca un ruolo enorme. Hanno scoperto che i getti si formano solo a volte e che non importa se un buco nero mangia velocemente o lentamente.
 

Alla ricerca del bucon nero supermassiccio perduto. 

I buchi neri "che si ritirano" sono creature puramente ipotetiche; nessuno ne ha mai individuato uno in modo definitivo. In effetti, "non è noto se i buchi neri supermassicci si avvicinino abbastanza l'uno all'altro da produrre onde gravitazionali e fondersi. Finora, gli astronomi hanno verificato solo le fusioni di buchi neri molto più piccoli".

La galassia centrale di Abell 2261 è un buon posto per cercare questo enorme buco nero supermassiccio perché porta diversi possibili segni di una fusione drammatica. Ad esempio, le osservazioni del telescopio spaziale Hubble e del telescopio Subaru terrestre mostrano che il suo nucleo, la regione con la più alta densità di stelle, è molto più grande del previsto per una galassia delle sue dimensioni. E la zona stellare più densa si trova a circa 2.000 anni luce dal centro della galassia e questo è sorprendentemente distante.
Nel nuovo studio, un team guidato da Kayhan Gultekin dell'Università del Michigan ha scoperto che le concentrazioni più dense di gas caldo non si trovavano nelle regioni centrali della galassia. Ma i dati di Chandra non hanno rivelato alcuna significativa sorgente di raggi X, né nel nucleo galattico né in grandi ammassi di stelle più lontane. Quindi il mistero del buco nero supermassiccio mancante persiste.
 
Questo mistero potrebbe essere risolto dal successore di Hubble, il grande e potente telescopio spaziale James Webb della NASA, il cui lancio è previsto per ottobre 2021.
 
Se James Webb non individua un buco nero nel cuore della galassia o in uno dei suoi più grandi ammassi stellari, la migliore spiegazione è che il buco nero si è ritirato bene dal centro della galassia.
 
fonte: NASA (Immagine: © Raggi X: NASA / CXC / Univ of Michigan / K. Gültekin; Ottica: NASA / STScI / NAOJ / Subaru; Infrarossi: NSF / NOAO / KPNO)