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La danza dei buchi neri supermassicci

Dallo studio delle mappe radio, gli astronomi hanno individuato un modo per osservare al centro delle galassie buchi neri supermassicci binari, cioè in orbita reciproca, nella danza che potrebbe precedere la fusione in un buco nero ancora più massiccio

Una mappa radio a 5 GHz della sorgente 3C 334, come esempio di potente sorgente radio nel cielo in cui è visibile un getto che cambia continuamente direzione (precessione), le cui caratteristiche sono spiegabili con la presenza di un sistema di buchi neri binari. Il getto si propaga dal nucleo della galassia -le sue stelle non sono visibili alle frequenze radio- a circa dieci miliardi di anni luce da noi. Da sinistra a destra, l’immagine copre cinque milioni di anni luce. Il diagramma inserito nell’immagine illustra i processi fisici nella coppia di buchi neri. I getti possono formarsi nel disco di gas intorno al buco nero e la loro direzione è legata alla rotazione del buco nero stesso, il cui asse di rotazione è mostrato con una freccia rossa. Quest’ultimo cambia direzione periodicamente a causa della presenza del secondo buco nero. Crediti: M. Krause / University of Hertfordshire

Prima di fondersi, i buchi neri si devono avvicinare, compiendo una danza in cui si “inseguono” reciprocamente in orbite più o meno circolari per un certo periodo di tempo, formando un vero e proprio sistema binario. Dal 2015 i rilevatori di onde gravitazionali hanno potuto evidenziare la fusione di piccoli buchi neri, misurando le onde gravitazionali emesse durante la fusione, ma i rilevatori attuali non possono essere utilizzati per dimostrare la presenza di buchi neri binari supermassicci, cioè coppie di buchi neri enormi al centro delle galassie.

Un team internazionale, guidato dagli astronomi dell’Università dell’Hertfordshire, ha trovato prove di un gran numero di buchi neri binari supermassicci, probabili precursori di giganteschi eventi di fusione, confermando l’attuale idea dell’evoluzione cosmologica in cui galassie e buchi neri associati si fondono nel tempo, formando galassie e buchi neri sempre più grandi. Le prove arrivano dall’esame delle mappe di potenti fonti di getti radio ottenute coi radiotelescopi del Karl G. Jansky Very Large Array (Vla) e del Multi-Element Radio Linked Interferometer Network (Merlin).

I buchi neri supermassicci emettono potenti getti con direzioni precise; quando  il getto che emana dal nucleo di una galassia – cioè dal suo buco nero supermassiccio centrale – cambia periodicamente direzione ( precessione ), allora il buco nero non può essere da solo: siamo in presenza di  buchi neri binari supermassicci che orbitano uno attorno all’altro.

Nell’articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, gli astronomi descrivono come hanno studiato la direzione in cui questi getti sono emessi e la sua variazione, confrontata poi con la direzione dei lobi radio (che memorizza la storia delle particelle che sono state incanalate nei getti), dimostrando che questo metodo può essere usato per indicare la presenza di buchi neri binari supermassicci. «Abbiamo studiato a lungo i getti in condizioni diverse con simulazioni al computer; in questo primo confronto sistematico con le mappe radio ad alta risoluzione di potenti sorgenti radio, siamo rimasti stupiti nel trovare firme compatibili con la precessione dei getti in tre quarti delle sorgenti», commenta Martin Krause, docente di astronomia dell’Università dell’Hertfordshire e primo autore dello studio.

Il fatto che i getti più potenti siano associati a buchi neri binari potrebbe avere conseguenze importanti nella formazione di stelle nelle galassie: queste si originano da gas freddo, i getti invece riscaldano il gas e quindi possono inibire la formazione stellare. Un getto che va sempre nella stessa direzione riscalda solo una quantità limitata di gas nelle sue vicinanze. Tuttavia, i getti da buchi neri binari cambiano direzione continuamente, riscaldando pertanto molto più gas e sopprimendo la formazione stellare in modo molto più efficiente, contribuendo così a mantenere il numero di stelle nelle galassie entro i limiti osservati.

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