EVENTO STUDIATO CON NICER, SWIFT, NUSTAR E XMM-NEWTON

Stellina dispettosa sfila la corona a un buco nero

Un team di ricercatori guidato dall’astrofisico romano Claudio Ricci, oggi in Cile all'Università Diego Portales di Santiago, ha osservato per la prima volta la corona di un buco nero supermassiccio scomparire nell’arco di appena 40 giorni, per poi riapparire nei due anni successivi. A innescare la drastica trasformazione potrebbe essere stata la collisione con una stella

     17/07/2020
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L’illustrazione mostra un buco nero circondato da un disco di gas. Nel pannello di sinistra, una scia di detriti sta cadendo verso il disco. Nel pannello di destra, i detriti hanno disperso parte del gas, facendo scomparire la “corona” (la sfera di luce bianca sopra il buco nero). Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Al centro di una galassia lontana, un buco nero sta lentamente consumando un disco di gas che gira intorno ad esso come l’acqua che circonda uno scarico. Mentre un costante rivolo di materiale viene attirato nelle sue fauci, le particelle di gas caldo si raccolgono vicino al buco nero, sopra e sotto il disco, generando una forte quantita di radiazione nei raggi X, che può essere osservata a 300 milioni di anni luce di distanza sulla Terra. Queste concentrazioni di plasma, chiamate corone del buco nero, possono mostrare notevoli cambiamenti nella loro luminosità, diventando fino a 10 o 100 volte più luminose o più deboli mentre un buco nero si nutre.

Due anni fa, nel marzo 2018, un team di astronomi ha osservato con stupore i raggi X della corona del buco nero nella galassia 1ES 1927+654 scomparire completamente, diventando 10mila volte meno luminosi in circa 40 giorni. Dopo questa fase la sorgente ha ricominciato ad aumentare la sua luminositá, e circa cento giorni dopo era diventata quasi 20 volte più luminosa di prima dell’evento.

I raggi X provenienti dalla corona di un buco nero sono un sottoprodotto diretto dell’alimentazione del buco nero, quindi la scomparsa di quella luce da 1ES 1927+654 significa probabilmente che la sua “fornitura di cibo” era stata interrotta. Ora gli autori di uno studio pubblicato ieri su ApJL ipotizzano che una stella in fuga potrebbe essersi avvicinata troppo al buco nero ed essere stata lacerata. I detriti in rapido movimiento della stella si sono poi schiantati contro parte del disco, disperdendo brevemente il gas.

«Normalmente non vediamo variazioni come questa in buchi neri», dice a Media Inaf il primo autore dello studio, l’astrofisico romano Claudio Ricci, oggi professore all’Università Diego Portales di Santiago, in Cile. «Era così strano che, all’inizio, abbiamo pensato che potesse esserci qualcosa di sbagliato nei dati. Quando abbiamo visto che era reale, è stato molto emozionante. Ma non avevamo nemmeno idea di cosa stesse succedendo; nessuno con cui abbiamo parlato aveva mai visto qualcosa del genere».

Quasi ogni galassia nell’universo può ospitare al suo centro un buco nero supermassiccio come quello in 1ES 1927+654, con masse pari a milioni o miliardi di volte quella del Sole. Questi oggetti crescono consumando il gas e altro materiale che li circonda, altrimenti noto come disco di accrescimento. Poiché i buchi neri non emettono né riflettono la luce, non possono essere visti direttamente, ma la luce delle loro corone e dei dischi di accrescimento offre un modo per conoscere questi oggetti oscuri.

La teoria degli autori è anche supportata dal fatto che, pochi mesi prima della scomparsa dei raggi X, gli osservatori sulla Terra hanno visto il disco illuminarsi considerevolmente in lunghezze d’onda della luce visibile – quelle che possono essere viste dall’occhio umano. Questo potrebbe essere stato il risultato della collisione iniziale dei detriti stellari con il disco.

L’evento in 1ES 1927 + 654 è unico non solo per quanto drammaticamente e rapidamente sia cambiata la luminosità, ma anche per quanto accuratamente gli astronomi sono stati in grado di studiarla. Il bagliore di luce visibile ha spinto Ricci e i suoi colleghi a richiedere il monitoraggio del buco nero usando Nicer, un telescopio a raggi X della Nasa situato a bordo della Stazione spaziale internazionale. In totale, Nicer ha osservato il sistema 265 volte per 15 mesi. Un ulteriore monitoraggio a raggi X è stato ottenuto con il Neil Gehrels Swift Observatory (sempre della Nasa) – che ha anche osservato il sistema nella luce ultravioletta – così come NuStar e l’osservatorio Xmm-Newton dell’Agenzia spaziale europea.

Quando la luce a raggi X della corona è scomparsa, Nicer e Swift hanno osservato i raggi X ad energia piú bassa, in modo che collettivamente questi osservatori fornissero un flusso continuo di informazioni durante l’evento.

Sebbene una stella dispettosa sembri il colpevole più probabile, gli autori notano che potrebbero esserci altre spiegazioni per questo evento senza precedenti. Una caratteristica notevole delle osservazioni è il fatto che il calo generale della luminosità non è stato una transizione graduale: giorno per giorno, i raggi X a bassa energia osservati da Nicer hanno mostrato variazioni drammatiche, a volte cambiando la luminosità di un fattore 100 in appena otto ore. In alcuni casi estremi, è noto che le corone del buco nero possano diventare cento volte più luminose o più deboli, ma su scale temporali molto più lunghe. Osservare tali rapidi cambiamenti verificarsi continuamente per mesi è qualcosa di straordinario.

«Questo set di dati contiene molti enigmi», dice Erin Kara, professoressa al Mit e coautrice dello studio. «Ma questo è eccitante, perché significa che stiamo imparando qualcosa di nuovo sull’universo. Pensiamo che l’ipotesi della stella sia valida, ma anche che analizzeremo questo evento per molto tempo».

È possibile che questo tipo di estrema variabilità della luminosità sia più comune nei dischi di accrescimento del buco nero di quanto gli astronomi attualmente pensino. Molti osservatori attuali e futuri sono progettati per cercare cambiamenti a breve termine in fenomeni cosmici, che potrebbero rivelare più eventi come questo.

«Questo nuovo studio è un ottimo esempio di come la flessibilità nella pianificazione delle osservazioni consenta alle missioni della Nasa e dell’Esa di studiare oggetti che si evolvono relativamente rapidamente, e di cercare cambiamenti a lungo termine nel loro comportamento medio», conclude Michael Loewenstein, coautore dello studio e astrofisico della missione Nicer all’Università del Maryland College Park e al Goddard Space Flight Center della Nasa. «Questo buco nero tornerà allo stato in cui si trovava prima dell’evento? O il sistema è stato sostanzialmente cambiato? Stiamo continuando le nostre osservazioni per scoprirlo».

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