Buchi neri supermassicci: gli astronomi, utilizzando i dati d’archivio del telescopio Gemini Nord, ne hanno misurato uno binario situato all’interno della galassia ellittica B2 0402+379.
La coppia di oggetti compatti al centro di B2 0402+379 è l’unica binaria di buchi neri supermassicci mai risolta in modo sufficientemente dettagliato da poter vedere entrambi gli elementi separatamente. Detiene il record della più piccola separazione mai misurata direttamente: appena 24 anni luce.
Sebbene questa separazione ravvicinata lasci presagire una potente fusione, ulteriori studi hanno rivelato che la combinazione è rimasta in stallo a questa distanza per oltre 3 miliardi di anni, il che porta a chiedersi: qual è il problema?
Per comprendere meglio le dinamiche del sistema e la sua fusione bloccata, il professor Roger Romani dell’Università di Stanford e i suoi colleghi hanno esaminato i dati d’archivio del Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), che ha permesso di determinare la velocità delle stelle nelle vicinanze dei buchi neri.
“L’eccellente sensibilità del GMOS ci ha permesso di mappare le velocità crescenti delle stelle man mano che ci si avvicina al centro della galassia. Grazie a ciò, siamo stati in grado di dedurre la massa totale dei buchi neri che vi risiedono”, ha detto il professor Romani.
Gli autori stimano che la massa della binaria sia ben 28 miliardi di volte quella del Sole, qualificando la coppia come il buco nero binario più pesante mai misurato.
Questa misurazione non solo fornisce un contesto prezioso per la formazione del sistema binario e la storia della galassia che lo ospita, ma supporta la teoria di lunga data secondo cui la massa di un buco nero binario supermassiccio gioca un ruolo chiave nel bloccare una potenziale fusione.
Buchi neri supermassicci
“L’archivio di dati dell’Osservatorio Internazionale Gemini contiene una miniera d’oro di scoperte scientifiche non sfruttate”, ha dichiarato Martin Still, direttore del programma NSF per l’Osservatorio Internazionale Gemini. “Le misurazioni della massa di questo buco nero supermassiccio binario sono un esempio impressionante dell’impatto potenziale di una nuova ricerca che esplora questo ricco archivio“.
Capire come si è formata questa binaria può aiutare a prevedere se e quando si fonderà – e una manciata di indizi indicano che la coppia si è formata attraverso fusioni multiple di galassie.
Il primo è che B2 0402+379 è un “ammasso fossile”, cioè il risultato della fusione di un intero ammasso di stelle e gas in un’unica galassia massiccia.
Inoltre, la presenza di due buchi neri supermassicci, insieme alla loro grande massa combinata, suggerisce che essi siano il risultato dell’amalgama di più buchi neri più piccoli provenienti da più galassie. In seguito a una fusione galattica, i buchi neri supermassicci non si scontrano frontalmente. Al contrario, iniziano a sfrecciare l’uno accanto all’altro mentre si stabilizzano in un’orbita vincolata. A ogni passaggio, l’energia viene trasferita dai buchi neri alle stelle circostanti. Man mano che perdono energia, la coppia viene trascinata sempre più vicino fino a quando,. a pochi anni luce di distanza, la radiazione gravitazionale prende il sopravvento e i due si fondono.
Questo processo è stato osservato direttamente in coppie di buchi neri di massa stellare – il primo caso registrato nel 2015 attraverso la rilevazione di onde gravitazionali. – ma mai in una binaria di tipo supermassiccio. Grazie alle nuove conoscenze sulla massa estremamente grande del sistema,. gli astronomi hanno concluso che sarebbe stato necessario un numero eccezionalmente elevato di stelle per rallentare l’orbita della binaria a sufficienza da portarle così vicine.
Nel processo, i buchi neri sembrano aver espulso quasi tutta la materia nelle loro vicinanze, lasciando il nucleo della galassia affamato di stelle e gas. Non avendo più materia disponibile per rallentare ulteriormente l’orbita della coppia, la loro fusione si è bloccata nelle sue fasi finali.
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“Normalmente sembra che le galassie con coppie di buchi neri più leggeri abbiano abbastanza stelle e massa da spingere i due a unirsi rapidamente”,. ha affermato il professor Romani. “Poiché questa coppia è così pesante, ha richiesto molte stelle e gas per portare a termine il lavoro. Ma la binaria ha privato la galassia centrale di tale materia, lasciandola in stallo e accessibile per il nostro studio”. È ancora da stabilire se la coppia supererà la stagnazione e finirà .per fondersi su tempi di milioni di anni o se continuerà per sempre in un limbo orbitale.
Se si fondessero, le onde gravitazionali risultanti sarebbero cento milioni di volte più potenti di quelle prodotte dalle fusioni di buchi neri di massa stellare.
È possibile che la coppia possa conquistare la distanza finale attraverso la fusione di un’altra galassia,. che inietterebbe al sistema materiale aggiuntivo, o potenzialmente un terzo buco nero, per rallentare l’orbita della coppia abbastanza da fondersi.
Tuttavia, dato che B2 0402+379 è un ammasso fossile, un’altra fusione galattica è improbabile. “Siamo impazienti di effettuare ulteriori indagini sul nucleo di B2 0402+379 per verificare la quantità di gas presente”. Conclude Tirth Surti, studente universitario presso la Stanford University. “Questo dovrebbe darci maggiori informazioni sulla possibilità che i buchi neri supermassicci si fondano o che rimangano bloccati come binari”.
I risultati sono pubblicati sull’Astrophysical Journal.
