DALL’ITALIA AGLI USA

A caccia di buchi neri supermassivi

Lui è Fabio Vito, classe 1986, nato a Bologna e dottorato in Astrofisica e Cosmologia nella stessa città di nascita. Oggi ricercatore post-doc alla Pennsylvania State University, lavora con un team di astronomi guidato da William Brandt sui Nuclei Galattici Attivi. Lo abbiamo intervistato su uno studio che lo ha portato a indagare le proprietà e lo sviluppo di poderosi buchi neri agli albori dell'Universo

Fabio Vito, dottorato all’università di Bologna, ora post doc presso laPennsylvania State University.

Nell’agosto del 2016 pubblica, come primo autore su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, uno studio sulla crescita dei buchi neri nell’Universo primordiale, al quale seguono numerosi articoli che firma come coautore. I risultati di queste indagini sono stati presentati la scorsa settimana al 229esimo incontro dell’American Astronomical Society a Grapevine, in Texas. Per avere ulteriori informazioni su questi studi, Media INAF ha raggiunto Fabio Vito, nato a Bologna, dove si è laureato e dottorato in Astronomia e Cosmologia, ora post doc oltreoceano presso la Pennsylvania State University.

Partiamo da una spettacolare immagine: ottenuta in raggi X grazie al telescopio Chandra X-ray Observatory della NASA con un tempo di osservazione di circa 7 milioni di secondi, mostra l’emissione di alta energia di buchi neri super massicci già attivi nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang. Sappiamo che le osservazioni di oggetti celesti lontani nello spazio, e quindi assai antichi, sono fondamentali per comprendere le dinamiche evolutive dell’Universo. Cosa ci raccontano questi buchi neri primordiali?

«Negli ultimi decenni abbiamo capito che i cosiddetti buchi neri supermassivi svolgono un ruolo di primissimo piano nella crescita ed evoluzione delle stesse galassie che li ospitano nei loro nuclei. Una delle domande fondamentali dell’astrofisica contemporanea è quindi capire quale sia stata l’origine di questi mostri dell’Universo. Diverse teorie sono state proposte per spiegare quale fosse il tipo di oggetti (o “semi”) che hanno formato i buchi neri supermassivi quando l’Universo era molto giovane. Grazie a queste riprese dell’osservatorio spaziale Chandra, le più profonde mai ottenute nei raggi X, possiamo studiare come questi oggetti siano cresciuti 1-2 miliardi di anni dopo il Big Bang e cercare di mettere dei vincoli osservativi alle teorie proposte sulla loro origine».

L’immagine ottenuta dal telescopio spaziale Chandra che contiene la più alta concentrazione di buchi mai scoperta: circa 5000, distribuiti in un’area apparente di cielo come quella coperta dalla Luna piena. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al.

Nel vostro studio, oltre quelle di Chandra, avete utilizzato anche riprese del telescopio spaziale Hubble. Per quale scopo?

«Per studiare galassie e buchi neri nell’Universo primordiale dobbiamo conoscere la loro distanza da noi. Per far questo gli astronomi si avvalgono di una quantita’ chiamata “redshift” che viene misurata prevalentemente dalla spettro ottico (cioè la luce visibile emessa alla diverse lunghezze d’onda). Questo spiega perché i telescopi ottici sono necessari per questo tipo di studi. Hubble, in particolare, è stato usato per effettuare osservazioni estremamente profonde nella stessa zona di cielo che abbiamo studiato con Chandra».

Potremmo considerare i buchi neri come adolescenti in crescita, affamati nelle prime fasi di formazione. Qual è il loro “cibo preferito” per diventare super massicci?

«Praticamente tutto quello che riescono a catturare col loro campo gravitazionale, principalmente nubi di gas e polvere, ma anche stelle. In certe situazioni particolari, quando due galassie collidono, i buchi neri supermassivi delle due galassie possono unirsi per formarne uno più grande».

Cosa rende così luminosi questi oggetti celesti? E come spiegate il loro accrescimento improvviso nelle diverse osservazioni temporali di stesse porzioni di cielo?

«Il “pasto” a base di gas di un buco nero genera una grandissima quantità di radiazione elettromagnetica, dalle onde radio ai raggi X e gamma passando per la luce visibile. Questo è dovuto al fatto che il gas che cade nel buco nero si scalda a temperature elevatissime a causa dell’enorme campo gravitazionale del buco nero. Questo processo può avvenire in tempi brevi su scala cosmica, da centinaia di migliaia a decine o centinaia di milioni di anni. Confrontando il numero di buchi neri che sono attivi (cioè che stanno “mangiando” il gas emettendo luce) con quelli in fase inattiva, riusciamo a stimare quanto è lunga la fase di attività. Su tempi scala più umani vediamo spesso una certa variabilità nella loro emissione, sfruttando osservazioni delle stesse regioni di cielo prese in periodi diversi, da mesi ad anni».

Come è arrivato alla Penn State University? Quali obiettivi a breve?

«Già a Bologna lavoravo all’interno di un gruppo di ricerca internazionale che sfruttava i dati dei campi profondi di Chandra. Il seguito naturale è stato spostarmi a Penn State, che è la “base” del campo più profondo, dove è stato progettato e analizzato. Questi dati devono ancora essere sfruttati al massimo del loro potenziale, e proprio questo è il mio (e del gruppo di ricerca di cui faccio parte) obiettivo nel breve termine».

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