Buchi neri: ecco come fanno “spuntino” con una stella

Stella che cade verso l'orizzonte degli eventi dei buchi neri
Il render mostra come un buco nero attira ad esso una stella.

Un esplosione di raggi X ha permesso agli astronomi di documentare un incontro tra una stella e un buco nero di massa intermedia. Sebbene questi misteriosi oggetti e i bambini non sembrano avere molto in comune, sono notevolmente simili su un unico aspetto. Entrambi mangiano in maniera disordinata, spargendo residui di cibo ovunque.

Ma se i bambini lasciano in giro pasta o schizzi di yogurt, i buchi neri creano conseguenze di proporzioni astronomiche. Quando divorano una stella, producono quello che i ricercatori chiamano un “evento da interruzione delle maree“. La distruzione della stella è accompagnata da un’esplosione di radiazioni che può eclissare la luce combinata di ogni stella nella galassia ospite per anni. 

Il “pasto” di J2150

In un articolo (rif.) pubblicato su The Astrophysical Journal, un team di astronomi guidato da Sixiang Wen, ricercatore associato presso l’Osservatorio Steward dell’Università dell’Arizona, hanno utilizzato i raggi X emessi da uno di questi eventi noto come J2150 per effettuare le prime misurazioni sia della massa che lo spin del buco nero. Questo buco nero è di un tipo particolare, con massa intermedia, sfuggito a lungo all’osservazione.

Catturare questo buco nero mentre stava divorando una stella offre una straordinaria opportunità di osservare ciò che altrimenti sarebbe stato invisibile“, ha affermato Ann Zabludoff, professoressa di astronomia dell’Arizona e coautrice dello studio. “Non solo, analizzando il brillamento siamo stati in grado di comprendere meglio questa sfuggente categoria di buchi neri, che potrebbero rappresentare la maggior parte dei buchi neri al centro delle galassie“.

Il buco nero intermedio in questione è di massa particolarmente bassa con un peso di circa 10.000 volte la massa del sole. “Le emissioni di raggi X dal disco interno formato dai detriti della stella morta ci hanno permesso di dedurre la massa e la rotazione di questo buco nero e classificarlo come intermedio“, ha detto Sixiang Wen.

Le origini dei buchi neri intermedi

Dozzine di “eventi da interruzione delle maree” sono stati osservati nei centri di grandi galassie che ospitano buchi neri supermassicci. Alcuni sono stati osservata anche nei centri di piccole galassie che potrebbero contenerne di grandezza intermedi. Tuttavia, i dati passati non sono mai stati sufficientemente dettagliati da dimostrare che questi eventi fossero alimentati da un buco nero intermedio. “Grazie alle moderne osservazioni astronomiche, sappiamo che i centri di quasi tutte le galassie che sono di dimensioni simili o più grandi della nostra Via Lattea ospitano buchi neri supermassicci centrali“, ha affermato il coautore dello studio Nicholas Stone, docente senior presso l’Università Ebraica di Gerusalemme. “Questi colossi hanno dimensioni comprese tra 1 milione e 10 miliardi di volte la massa del nostro sole e diventano potenti fonti di radiazioni elettromagnetiche quando troppo gas interstellare cade nelle loro vicinanze“.

La massa di questi buchi neri è strettamente correlata alla massa totale delle loro galassie ospiti; le galassie più grandi ospitano i più grandi buchi neri supermassicci. “Sappiamo ancora molto poco dell’esistenza di buchi neri al centro di galassie più piccole della Via Lattea“, ha affermato il coautore Peter Jonker della Radboud University e dello SRON Netherlands Institute for Space Research. “A causa dei limiti osservativi, è difficile scoprire buchi neri centrali molto più piccoli di 1 milione di masse solari”.

Nonostante la loro presunta abbondanza, le origini dei buchi neri supermassicci rimangono sconosciute e molte teorie diverse attualmente si contendono la possibile spiegazione, secondo Peter Jonker . I buchi neri di massa intermedia potrebbero essere i semi da cui crescono i buchi neri supermassicci. “Pertanto, se riusciamo a capire meglio quanti buchi neri intermedi ci sono, possiamo determinare quali teorie sulla formazione dei buchi neri supermassicci sono corrette“, ha ribadito.

Lo spin e la crescita di questi oggetti

Ancora più emozionante, secondo Ann Zabludoff, è la misurazione dello spin di J2150. Questa misurazione dello spin contiene indizi su come crescono i buchi neri e forse sulla fisica delle particelle. Questo in particolare ha una rotazione veloce, ma non la più veloce possibile, ha spiegato Ann Zabludoff, ponendosi la domanda su come questo oggetto abbia una rotazione in questo intervallo. “È possibile che il buco nero si sia formato in quel modo e non sia cambiato molto da allora. Oppure che due buchi neri di massa intermedia si siano uniti di recente per formare questo“, ha detto. “Sappiamo che lo spin che abbiamo misurato esclude scenari in cui il buco nero cresce a lungo mangiando costantemente gas o da molti “snack veloci” di gas che arrivano da direzioni casuali“.

Inoltre, lo spin consente agli astrofisici di testare ipotesi sulla natura della materia oscura, che si pensa costituisca la maggior parte della materia nell’universo. La materia oscura può essere costituita da particelle elementari sconosciute non ancora viste negli esperimenti di laboratorio. Tra i candidati ci sono particelle ipotetiche note come bosoni ultraleggeri, ha spiegato Nicholas Stone .

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