ATTORNO AI BUCHI NERI SUPERMASSICCI

Il cuore nuvoloso delle galassie attive

Una nuova analisi dei dati del Rossi X-ray Timing Explorer ha fornito il primo studio statistico delle enormi nubi di gas che orbitano attorno ai buchi neri supermassivi al centro dei nuclei galattici attivi.

Riproduzione artistica di un nucleo galattico attivo. CREDITI: NASA's Goddard Space Flight Center/Wolfgang Steffen, UNAM

Riproduzione artistica di un nucleo galattico attivo. CREDITI: NASA’s Goddard Space Flight Center/Wolfgang Steffen, UNAM

Alex Markowitz, astrofisico dell’Università della California, e Karl Remeis, dell’Osservatorio di Bamberg, avevano davanti una mole di dati non indifferente: 16 anni di osservazioni del Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE), un satellite che ha viaggiato nell’orbita terrestre bassa fino al gennaio 2012 raccogliendo le variazioni delle sorgenti di raggi-X che rilevava attorno a sé.

Una delle sorgenti per eccellenza di raggi-X del nostro universo sono i cosiddetti Nuclei Galattici Attivi (Active Galactic Nucleus, AGN). Molte delle grandi galassie che conosciamo ospitano al centro un buco nero supermassiccio. In alcune di queste gas e materia assorbiti vengono compressi e riscaldati raccogliendosi in un cosiddetto disco di accrescimento ed emettendo raggi-X prima di precipitare nel buco nero. Il cuore delle galassie più attive produce emissioni straordinariamente potenti che superano l’energia del Sole di miliardi di volte.

Spulciando tra le osservazioni di 55 AGN, Markowitz, Remeis e colleghi hanno così trovato una dozzina di casi in cui il segnale a raggi X veniva oscurato per periodi di tempo che vanno da ore ad anni interi. Per diverso tempo gli astronomi hanno pensato che gli AGN fossero circondati da una sorta di “ciambella” relativamente uniforme di polveri e gas che abbracciava (talvolta a distanze molto grandi) il buco nero centrale. I nuovi modelli prevedono invece una struttura differente: non una unica nube toroidale ma un insieme di tante singole nubi distribuite sul piano centrale. E questa ipotesi verrebbe confermata dallo studio basato sui dati di RXTE. Secondo la nuova ricerca, pubblicata tra le Monthly Notices della Royal Astronomical Society e disponibile online, le variazioni nel segnale a raggi X sarebbe da imputare proprio al passaggio delle nubi di gas denso che andavano a interporsi ciclicamente tra la sorgente e il satellite.

Il “catalogo” di nubi esposto nel nuovo studio è molto variegato. E non poteva essere altrimenti, visto che le osservazioni di RXTE sono state così lunghe e prolungate (è stato il più lungo  monitoraggio di AGN mai eseguito in raggi-X). Gli strumenti del satellite hanno  misurato variazioni nell’emissione di raggi-X che variavano da microsecondi ad anni interi, per energie che a loro volta si muovevano tra i 2.000 e i 250.000 elettronvolt. Le nubi che sono state analizzate nello studio orbitano  da qualche settimana luce a diversi anni luce di distanza dai rispettivi buchi neri e  variano fortemente in dimensione e forma, ma in media sono grandi 6,5 miliardi chilometri (più della distanza  Plutone-Sole, per intenderci)  con una massa di circa due volte quella della Terra.

Nella grande varietà di eventi registrati, il più insolito è stato quello osservato nei dintorni di NGC 3783, una galassia a spirale barrata a 143 milioni di anni luce da noi. “Nel 2008, questo AGN è stato oscurato due volte in 11 giorni e non ha mai raggiunto la sua luminosità tipica di raggi X in quel periodo”, racconta Mirko Krumpe, co-autore dello studio. “Quest’anomalia potrebbe essere causata dal passaggio di una nube filamentosa e allungata, forse in procinto di essere lacerata dal buco nero”.

La nuova ricerca non è un semplice inventario di nubi. Lo studio è la prima indagine statistica di questo tipo degli ambienti che circondano i buchi neri supermassicci, zone dell’universo le cui dinamiche ci sono ancora piuttosto oscure. “Una delle grandi domande senza risposta sugli AGN è come il gas a migliaia di anni luce di distanza venga immesso nel disco di accrescimento caldo che alimenta il buco nero supermassiccio”, spiega Markowitz. “Comprendere la dimensione, la forma e il numero delle nubi distanti dal buco nero ci potrà dare una migliore idea di come funzioni questo meccanismo di trasporto”.

Guarda il servizio video su INAF-TV:

httpvh://youtu.be/IKNdCZhr6R8