LO STUDIO È PUBBLICATO OGGI SU SCIENCE

Bagliori tremolanti svelano la massa del buco nero

Il processo di alimentazione di un buco nero causa uno sfarfallio di luce nel disco di accrescimento. Un team internazionale di astronomi, coordinato da Colin Burke dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, ha trovato una correlazione tra la fluttuazione di luminosità e la massa dei buchi neri supermassicci. Non solo: questa correlazione si può estendere anche alle nane bianche e potenzialmente ad altri oggetti astronomici

     13/08/2021
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Ad ampiezze delle variazioni della luminosità del disco di accrescimento maggiori corrispondono in media anche periodi più lunghi (cliccare per ingrandire). Questa correlazione può essere sfruttata per stimare la massa del buco nero. Crediti. Lucy Reading-Ikkanda / Simons Foundation

Un nuovo studio guidato da Colin Burke, astronomo dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, mette in relazione la massa dei buchi neri supermassicci e lo sfarfallio di luce che emana il loro disco di accrescimento. I risultati sono stati pubblicati oggi su Science.

I buchi neri supermassicci, la cui massa è pari a milioni o miliardi di volte quella del Sole, risiedono di solito al centro delle galassie. Quando sono attivi, accrescono materia (gas, polvere e plasma), che si dispone intorno alla sorgente gravitazionale a formare il cosiddetto disco di accrescimento. Quando la materia cade verso il centro del buco nero, venendo inghiottita, vengono emesse enormi quantità di radiazioni, tra cui quelle ultraviolette e ottiche, tali da poter “eclissare” il resto dell’intera galassia che li ospita.

Lo studio della variazione di luminosità di 67 galassie attive ha rivelato una correlazione tra la massa dei buchi neri supermassicci che si alimentano attivamente e la caratteristica scala temporale delle fluttuazioni di luce. I dischi di accrescimento, infatti, durante il processo di alimentazione del buco nero, mostrano fluttuazioni casuali di luminosità per ragioni ancora non comprese, causando una variabilità della radiazione su diverse scale temporali.

Il team di astronomi ha misurato la potenza della variabilità in funzione delle scale temporali. Per i buchi neri supermassicci in crescita, lo schema di variabilità cambia da tempi brevi a tempi lunghi. Questa transizione avviene in una scala temporale caratteristica che è più lunga per i buchi neri più massicci.

La stessa analisi è stata poi condotta sulle nane bianche – i resti di stelle come il Sole – ed è stato visto che vale la stessa relazione tra scala temporale e massa, nonostante le nane bianche abbiano una massa milioni o miliardi di volte inferiore a quella dei buchi neri supermassicci.

«Questi risultati suggeriscono che i processi che guidano il tremolio durante l’accrescimento sono universali, indipendentemente dal fatto che l’oggetto centrale sia un buco nero supermassiccio o una nana bianca molto più leggera», precisa l’astronomo Yue Shen, coautore dello studio.

La scoperta è rilevante anche perché potrebbe favorire l’individuazione dei buchi neri di massa intermedia (Imbh, dall’inglese intermediate-mass black hole), quelli con una massa che varia da cento a centomila volte quella del Sole. Si stima che siano numerosi nell’universo e potrebbero costituire i semi dei successivi buchi neri supermassicci. Tuttavia, questa popolazione di buchi neri è particolarmente sfuggente, tanto che l’unico Imbh accertato, di circa 150 masse solari, è stato scoperto casualmente dalla radiazione dell’onda gravitazionale risultante dalla fusione di due buchi neri meno massicci.

«Ora che esiste una correlazione tra lo schema di luce tremolante e la massa dell’oggetto centrale in accrescimento, possiamo usarlo per prevedere come potrebbe essere il segnale di tremolio da un Imbh», specifica Burke.

L’Osservatorio Vera C. Rubin, in Cile, grazie al progetto di Legacy Survey of Space and Time (Lsst), ispezionerà il cielo notturno dell’emisfero australe per oltre un decennio e raccoglierà i dati di luce “tremolante” per miliardi di oggetti a partire dal 2023.

«L’estrazione dei dati Lsst per cercare schemi di tremolio coerenti con l’accrescimento degli Imbh ha il potenziale per scoprire e comprendere appieno questa misteriosa popolazione di buchi neri a lungo cercata», conclude l’astronoma Xin Liu, coautrice dello studio.

Per saperne di più:

Guarda l’animazione della Simons Foundation: