Da decenni gli astronomi danno la caccia a una categoria di buchi neri di “taglia M”, troppo grandi per nascere dal collasso di una singola stella e troppo piccoli per rivaleggiare con i giganti che si annidano al centro delle galassie. Vengono chiamati buchi neri di massa intermedia (o intermediate-mass black holes, Imbh) e rappresentano l’anello mancante tra i buchi neri stellari e quelli supermassicci: con masse comprese tra alcune centinaia e alcune centinaia di migliaia di masse solari, restano tra gli oggetti più elusivi e ricercati dell’astrofisica moderna. Molto difficili da scovare e misurare, questi oggetti sono fondamentali per comprendere l’origine e la crescita dei buchi neri supermassicci, e la loro relazione con le galassie che li ospitano.
Rappresentazione artistica di un buco nero di massa intermedia che cattura una stella e la distrugge per effetto della sua forza gravitazionale. Crediti: Nasa, Esa, Ralf Crawford (StScI)
Uno studio guidato dall’Inaf di Torino e pubblicato su Publications of the Astronomical Society of Australia (Pasa) cerca di fare luce su di essi, soffermandosi su uno in particolare, con osservazioni nelle bande X, Uv e ottica. L’oggetto si chiama Hlx-1, ha una massa pari a circa 20mila volte quella del Sole e si trova a circa 320 milioni di anni luce da noi. È il candidato Imbh meglio studiato, soprattutto grazie alla fase in cui era molto brillante, fra il 2004 e il 2017.
Dopo il 2017 la sua luminosità è diminuita sia nei raggi X sia nella banda ottica. I ricercatori hanno cercato di capire perché fosse così luminoso prima del 2017, perché mostrasse brillamenti episodici nella banda X (circa una volta all’anno) anziché un’emissione costante, perché oggi sia molto più debole e quale sia la relazione tra questo buco nero e le galassie vicine.
«Abbiamo mostrato che il comportamento osservato è in accordo con le previsioni dei modelli teorici per gli eventi di distruzione mareale (tidal disruption events, o Tde) provocati da buchi neri di massa intermedia», commenta a Media Inaf Roberto Soria, primo autore dell’articolo. «Abbiamo inoltre interpretato le sue oscillazioni di luminosità X come un’instabilità transiente, attesa durante la fase in cui il buco nero sta consumando il gas della stella ormai distrutta».
«Quello che osserviamo oggi con il telescopio Hubble», spiega Maya Garbaccio Gili, co-autrice dello studio, «è una debole emissione blu residua a circa 30mila gradi, probabilmente prodotta dalla parte di gas della stella che non è ancora stata inglobata dal buco nero (forse perché espulsa durante l’evento di distruzione), combinata con la luce rossa proveniente dall’ammasso di stelle vecchie che circonda il buco nero».
Secondo gli autori, ciò suggerisce che Hlx-1 si trovi all’interno di un ammasso globulare con una massa di alcuni milioni di masse solari. È possibile che una delle stelle dell’ammasso sia passata troppo vicino al buco nero, venendo distrutta e successivamente accresciuta. Queste occasionali catture stellari forniscono l’opportunità migliore per scoprire e studiare Imbh altrimenti invisibili.
«Abbiamo inoltre mostrato che nelle vicinanze del buco nero sono in corso collisioni tra galassie», aggiunge Soria, «e abbiamo ipotizzato che il buco nero possa essere stato associato a una galassia nana coinvolta in una di queste collisioni».
Hlx-1 è il caso meglio studiato di buco nero di massa intermedia, utilizzato come banco di prova per comprendere le proprietà generali di questa classe di oggetti. Nello studio, sono state fondamentali nuove osservazioni nella banda ottica, ottenute con il Telescopio Spaziale Hubble, e nei raggi X, ottenute con Chandra, effettuate durante la fase di declino della luminosità del sistema. A queste si sono aggiunti nuovi modelli teorici degli eventi di distruzione mareale causati da buchi neri di massa intermedia.
Questo video mostra una rappresentazione artistica di un buco nero di massa intermedia che cattura una stella e la distrugge per effetto della sua forza gravitazionale. Inizia con uno zoom su una coppia di galassie. La galassia in basso a sinistra, Ngc 6099, ospita un denso ammasso stellare nelle sue regioni esterne. Il video si avvicina quindi al cuore dell’ammasso, mostrando un primo piano del buco nero. Una stella si avvicina al buco nero e viene fatta a pezzi dalle intense forze mareali, generando un violento lampo di radiazione. Crediti: Nasa, Esa, Ralf Crawford (Stsci)
La maggior parte degli eventi di distruzione mareale finora conosciuti è avvenuta vicino a buchi neri supermassicci al centro delle galassie. HLX-1 rappresenta invece uno dei pochi esempi visti finora di distruzione mareale avvenuta nelle regioni esterne di una galassia, provocata da un buco nero di massa intermedia all’interno di un ammasso globulare di stelle. Comprendere questi oggetti nell’universo vicino – come crescono e dove si trovano – permetterà anche di ricostruire le prime fasi di crescita dei quasar e dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale.
Per saperne di più:
- Leggi su Publications of the Astronomical Society of Australia l’articolo “X-ray and optical decline of the intermediate mass black hole HLX-1” di Roberto Soria, Maya Garbaccio Gili, Francesco Massaro, Alister W. Graham e Luca Zampieri