Antichi Buchi Neri in Fase di Crescita

Antichi Buchi Neri in Fase di Crescita

Grazie ai dati dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA, gli scienziati hanno scoperto una trentina di buchi neri pesantemente oscurati, ancora avvolti da una densa nube di polveri e gas che alimenta il loro frenetico appetito. Gli oscuri oggetti distano oltre 5 miliardi di anni luce dalla Terra.

I buchi neri supermassicci, con masse tra milioni e miliardi di volte quella del Sole, crescono tipicamente divorando materiale da un disco circostante. Una crescita rapida genera grandi quantità di radiazione in una regione attorno al buco nero, creando una sorgente brillante e compatta. Secondo le attuali teorie, una densa nube gassosa alimenta di materiale il disco di accrescimento durante il periodo di crescita iniziale del buco nero gigante, quando la nube nasconde gran parte della radiazione alla nostra vista. Man mano che il buco nero consuma materiale e diventa più massiccio, il gas nella nube diminuisce in quantità, fino a che si rivela il disco brillante del buco nero.

Tuttavia, secondo gli astronomi potrebbero esistere molti buchi neri ancora immersi in spessi bozzoli di polveri, oggetti fortemente oscurati. Questo genere di buchi neri è ben difficile da scovare e fino ad oggi ne sono stati scoperti in numero inferiore alle previsioni. “Grazie alla nostra nuova identificazione abbiamo scoperto un gruppo di buchi neri fortemente oscurati di cui non ci si era accorti in precedenza”, spiega Erini Lambrides della Johns Hopkins University (JHU) a Baltimora, Maryland, a guida dello studio. I ricercatori hanno combinato oltre 80 giorni di tempo osservativo del telescopio Chandra nella survey Chandra Deep Field-South (CDF-S) con grandi quantità di dati ottenuti da altri osservatori a varie lunghezze d’onda, compresi i telescopi Hubble e Spitzer. La survey CDF-S rappresenta l’immagine più profonda mai realizzata del cosmo in banda X.

Nell’immagine i 28 buchi neri individuati sono evidenziati da cerchietti. La ripresa è parte del Chandra Deep Field-South, in cui rosso, verde e blu rappresentano i raggi X a bassa, media e alta energia, rispettivamente. Credit: X-ray: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al; Optical/IR: NASA/STScI/JHU/E. Lambrides et al.

La ricerca del team si è concentrata su buchi neri distanti almeno 5 miliardi di anni luce dalla Terra, in regioni remote e antiche dove erano già stati individuati 67 buchi neri pesantemente oscurati. Nel nuovo studio gli scienziati riferiscono l’individuazione di ulteriori 28 oggetti dello stesso tipo, che in precedenza erano stati catalogati diversamente, come galassie distanti o come buchi neri a lenta crescita esenzialmente privi di bozzoli circostanti. “Si potrebbe dire un caso di scambio d’identità tra buchi neri”, spiega Marco Chiaberge dello Space Telescope Science Institute. “Ma questi buchi neri sono straordinariamente bravi a celare il loro vero volto”. Il team ha confrontato i dati con i modelli attesi per un tipico buco nero in crescita, ricavando la quantità di raggi X che avrebbe dovuto essere rilevata da ogni buco nero. I ricercatori hanno scoperto un livello di radiazione X molto inferiore al previsto da 28 sorgenti, riuscendo così a dedurre che il bozzolo attorno ai buchi neri era dieci volte più spesso rispetto a quanto stimato.

Essendo l’involucro polveroso che avvolge i buchi neri così denso e spesso, in realtà gli oscuri oggetti producono una quantità di radiazione X molto maggiore del previsto, ma i bozzoli circostanti impediscono a gran parte di questa radiazione di raggiungere telescopi come Chandra. Questo implica che i buchi neri stiano crescendo più rapidamente. I risultati sono importanti per i modelli teorici che stimano il numero di buchi neri presenti nel cosmo e il loro tasso di crescita, compresi quelli con gradi differenti di oscuramento. Simili modelli sono utili per spiegare la presenza del fondo a raggi X, un bagliore uniforme del cielo in banda X. Singoli buchi neri in fase di crescita come quelli osservati nelle immagini profonde di Chandra possono rendere conto in buona sostanza di questo fondo luminoso, parte del quale non può essere attualmente risolto in singole sorgenti, perché dominato da radiazione X con energia al di sopra della soglia rilevabile da Chandra.

I buchi neri pesantemente oscurati sono una spiegazione naturale per questa componente irrisolta, in quanto i raggi X a energia inferiore vengono assorbiti dal bozzolo circostante in modo più efficace rispetto ai raggi X ad alta energia, pertanto sono meno rilevabili. Ma i risultati dello studio, riportato su The Astrophysical Journal, sono importanti anche per comprendere meglio il rapporto tra la crescita dei buchi neri e l’evoluzione delle galassie che li ospitano.

Nell’immagine rappresentazione artistica di uno spesso toro di polveri in grado di oscurare i processi che avvengono nei pressi di un buco nero supermassiccio
Credit: NASA/SOFIA/Lynette Cook

https://chandra.si.edu/press/20_releases/press_071520.html