ASTRONOMI A CACCIA DI AGN MULTIPLI

Coppie di buchi neri affamati cercasi

Al centro delle galassie c'è quasi sempre un buco nero supermassiccio. Ma a volte può capitare d’incontrarne anche due o più. Accade quando due galassie si fondono. E in quest'occasione i due mostri possono attivarsi. Ospitiamo un editoriale sull’argomento di Alessandra De Rosa e Cristian Vignali, autori di una review pubblicata il mese scorso su New Astronomy Reviews

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Immagine presa dal satellite Chandra nella banda dei raggi X della galassia Ngc 6240, contenente una coppia di buchi neri che accrescono (Agn doppio). Crediti: Nasa/Cxc; Komossa et al., 2003

Quasi ogni galassia (compresa la nostra) contiene al suo interno un buco nero supermassiccio (Smbh, dalle iniziali di super-massive black hole) con masse fino a miliardi di volte quella del Sole. Tuttavia, solo una piccola frazione di questi buchi neri sono “attivi”, cioè attirano e inghiottono materia dall’ambiente circostante producendo un’intensa luminosità – ben superiore a quella della galassia che lo ospita e fino a 100 miliardi di volte quella del Sole. Questi mostri voraci sono chiamati nuclei galattici attivi (Agn).

Una grande varietà di fenomeni fisici consente di stabilire la stretta connessione tra la formazione e lo sviluppo delle galassie e i loro buchi neri.

Le fusioni di galassie potrebbero essere infatti il meccanismo attraverso il quale i buchi neri supermassicci si formano tramite il collasso del gas al centro di galassie primordiali. Inoltre, ci sono prove crescenti che fusioni di galassie di grande massa accendano gli Agn più luminosi, rifornendoli del gas che viene inghiottito dal buco nero, producendo, di conseguenza, un’intensa luminosità.

Nel processo di fusione di galassie, o nella fase successiva, ci si aspetta che i loro nuclei possano “attivarsi”. In tal caso possiamo parlare di Agn doppi (o multipli, nel caso di sistemi con più di due galassie).

Tuttavia, la rilevazione di sistemi di Agn doppi rappresenta una sfida osservativa, essendo molto difficile distinguere spazialmente i due nuclei o anche solo avere un’indicazione della loro presenza attraverso segnali “indiretti” (vedi la figura in alto).

Anche da un punto di vista teorico il problema non è banale: l’attivazione di un buco nero richiede una conoscenza dettagliata delle condizioni del gas nelle immediate vicinanze e, allo stesso tempo, la loro dualità richiede una conoscenza approfondita dei processi attraverso i quali le galassie si fondono e si alimentano con la materia lungo i filamenti della rete cosmica. Entrambi questi aspetti vengono studiati con dettagliati modelli che simulano – come mostra il video qui sotto – il comportamento del gas in determinate condizioni fisiche e dinamiche.

I buchi neri supermassicci binari – cioè quelli gravitazionalmente legati e in moto kepleriano l’uno rispetto all’altro, proprio come la Terra ed il Sole – sono tra le fonti più intense di onde gravitazionali nell’universo.

Un segnale di fondo di onde gravitazionali è la firma dall’ultimo stadio della fusione, da qualche parte nell’universo, tra due buchi neri supermassicci. La rilevazione diretta dei segnali dalla coalescenza da parte di Lisa (l’antenna spaziale per interferometria laser che verrà lanciata dall’Esa nel 2031) e le osservazioni simultanee delle loro controparti luminose, attraverso i telescopi da terra e dallo spazio, rendono questo tema di grande interesse per la neonata astrofisica multi-messaggera.

Foto di gruppo durante il meeting del 2017 “The Quest for Multiple Supermassive Black Holes: A Multi-Messenger View”

Un gruppo formato da trenta esperti provenienti da diverse parti del globo ha affrontato e discusso l’astrofisica poliedrica legata alle coppie di Agn durante un workshop, intitolato “The Quest for Multiple Supermassive Black Holes: A Multi-Messenger View”, che si tenne nel novembre del 2017 al Centro Lorentz di Leida. Da questo incontro nacque l’idea di una review sul tema, pubblicata il mese scorso su New Astronomy Reviews. La review descrive le tecniche osservative utilizzate a diverse lunghezze d’onda (dal radio fino ai raggi X) per rivelare candidati Agn doppi e discute le nuove strade e prospettive per la loro ricerca con strumenti in fase di sviluppo, come i progetti Ska, Lsst, Athena e la missione Lynx (ancora in fase di studio). Lo scenario osservativo attuale è confrontato con le simulazioni numeriche e modelli all’avanguardia per la formazione di Agn doppi.

Per saperne di più:

  • Leggi su New Astronomy Reviews l’articolo “The Quest for Dual and Binary Supermassive Black Holes: A Multi-Messenger View”, di Alessandra De Rosa, Cristian Vignali, Tamara Bogdanović, Pedro R. Capelo, Maria Charisi, Massimo Dotti, Bernd Husemann, Elisabeta Lusso, Lucio Mayer, Zsolt Paragi, Jessie Runnoe, Alberto Sesana, Lisa Steinborn, Stefano Bianchi, Monica Colpi, Luciano Del Valle, Sándor Frey, Krisztina É. Gabányi, Margherita Giustini, Matteo Guainazzi, Zoltan Haiman, Noelia Herrera Ruiz, Rubén Herrero-Illana, Kazushi Iwasawa, S. Komossa, Davide Lena, Nora Loiseau, Miguel Perez-Torres, Enrico Piconcelli e Marta Volonteri

Gli autori di questo editoriale, Alessandra De Rosa (Inaf Iaps di Roma) e Cristian Vignali (Università di Bologna e associato Inaf), sono i coordinatori di un progetto pluriennale dedicato agli Agn multipli, che ha visto il contributo di molti ricercatori e associati delle sedi Inaf di Roma, Bologna e Brera.