I DATI DI ALMA SULLA GALASSIA NGC 1097

Come ti misuro la massa di un buco nero

Misurare la massa dei buchi neri supermassicci è il primo passo per risolvere alcuni misteri, ad esempio su come si sono formate le galassie e come si sono evoluti i SMBH. ALMA è uno strumento eccezionale in questo campo e lo sarà soprattutto in futuro

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Nell’immagine vedete la regione centrale di NGC 1097 osservata con ALMA (ESO) This is the central region of NGC 1097 observed with ALMA. La velocità dell’acido cianidrico (HCN gas) è mostrata con questi colori e sovrapposta all’immagine ottica presa dal telescopio orbitante Hubble: il rosso indica il gas che si sta allontanando da noi, mentre il viola indica il gas che si avvicina. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. Onishi (SOKENDAI), NASA/ESA Hubble Space Telescope

Pesare buco nero (per la precisione misurare la sua massa) non è semplice come può esserlo per altri oggetti celesti. I buchi neri sono tra gli oggetti più misteriosi e violenti dell’Universo, oltre ad essere decisamente massicci. Nell’immagine qui vicino vedete la galassia a spirale barrata NGC 1097, osservata con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) dell’ESO (in Cile). I ricercatori guidati da Kyoko Onishi del SOKENDAI (The Graduate University for Advanced Studies) hanno scoperto che il buco nero supermassiccio (SMBH) al centro di questa galassia ha una massa 140 milioni di volte superiore a quella del nostro Sole. Pensate che Sagittarius A*, il buco nero al centro della Via Lattea, avrebbe una massa di circa 4 milioni di volte quella della nostra stella madre.

NGC 1097 dista da noi circa 50 milioni di anni luce, in direzione della costellazione della Fornace ed è anche classificata come una galassia di Seyfert, (dal nome dall’astrofisico Carl Keenan Seyfert che le scoprì nel 1943): sono simili a normali galassie a spirale, come la Via Lattea, ma presentano dei nuclei straordinariamente sviluppati e brillanti, a volte luminosi come 100 miliardi di soli (galassie attive o AGN, active galactic nuclei).

Conoscere la massa dei buchi neri supermassicci è fondamentale per comprendere meglio la loro evoluzione all’interno delle galassie che li ospitano e delle stesse galassie. Dati ottenuti di recente suggeriscono una stretta correlazione tra la massa dei SMBH e la massa/luminosità del rigonfiamento centrale della galassia ospite. Ciò sta a indicare che i buchi neri supermassicci possono avere un ruolo chiave nella crescita delle galassie. I dati ottenuti da ALMA sono stati raccolti in due ore di osservazione, il che dimostra le eccezionali capacità di questo strumento soprattutto in relazione alla massa dei SMBH.

Ci sono diversi metodi “convenzionali” per calcolare la massa dei SMBH: uno di questi prevede l’osservazione del moto delle stelle e dei megamaser (sorgenti di radiazione elettromagnetica) che si trovano attorno ai buchi neri per stimarne l’attrazione gravitazionale. Tuttavia, si tratta di un metodo non adatto alla maggior parte delle galassie perché richiede osservazioni delle regioni intorno al buco nero supermassiccio ad altissima risoluzione angolare. Questo approccio è applicabile, infatti, solo al buco nero al centro delle nostra galassia; le altre sono troppo lontane, come troppo lontane sono le stelle da osservare.

Un altro modo è sfruttare la dinamica dei gas ionizzati distribuiti nel rigonfiamento centrale della galassia ospite. Il gas ionizzato, però, viene facilmente influenzato dal movimenti non circolareìi come i getti, oltre che dalla forza di gravità dei SMBH: ciò rende difficile misurare con precisione la massa dei buchi neri per un gran numero di galassie. Il metodo più comunemente utilizzato per stimare la massa buchi neri supermassicci è quello che utilizza la dinamica stellare nelle galassie, anche se la sua applicazione è piuttosto limitata alle galassie ellittiche.

Esiste un’alternativa? Gli esperti credono di poter derivare la massa di questi buchi neri dalla dinamica del gas molecolare nella regione centrale di una galassia. Questo approccio ha il vantaggio che il gas molecolare è meno sensibile alle condizioni ambientali rispetto alle stelle e al gas ionizzato, e quindi il movimento soggetto alla gravità dei buchi neri può essere misurato più facilmente. Davis e altri ricercatori dell’ESO hanno osservato in passato con questo metodo la galassia NGC 4526 per decine di ore con il radiotelescopio CARMA stimando la massa del buco nero supermassiccio.NGC1097

«Mentre NGC 4526 è una galassia lenticolare, NGC 1097 è una galassia a spirale barrata. Risultati recenti indicano che il rapporto tra la massa del SMBH e le caratteristiche della galassia ospite varia a seconda del tipo di galassia, il che rende ancora più importante ricavare misure accurate delle masse dei buchi neri supermassicci in vari tipi di galassie», ha spiegato Onishi. Il gruppo di ricercatori ha studiato con ALMA la distribuzione e la cinematica del gas molecolare osservando le righe di emissione dell’acido cianidrico (HCN) e della molecola HCO+, esaminando poi il moto gravitazionale del gas molecolare con alcuni modelli astrofisici. Poiché la gravità applicata al gas molecolare varia in funzione della massa del SMBH così come la densità e la distribuzione delle stelle nel rigonfiamento centrale, il moto del gas è stato calcolato assumendo diversi casi, al fine di trovare il modello più adatto ai dati osservati. Come risultato, è stato trovato che la massa del SMBH centrale di NGC 1097 è 140 milioni di volte la massa solare. Questa è la prima volta che viene misurata la massa di un buco nero supermassiccio con questo metodo in galassie a spirale e galassie a spirale barrate.

Onishi ha parlato delle sue aspettative per il futuro con ALMA: «Per capire la relazione tra i SMBH e le galassie, abbiamo bisogno di calcolare ancora più masse in vari tipi di galassie. ALMA ci consentirà di osservarne in grande quantità e in poco tempo».