A Caccia di un Colossale Buco Nero

18 Dic 2020 A Caccia di un Colossale Buco Nero

Il nucleo immenso della gigantesca galassia ellittica al centro dell’ammasso galattico Abell 2261 si estende per ben diecimila anni luce. Nonostante osservazioni ripetute, effettuate in molteplici lunghezze d’onda, gli astronomi non hanno trovato traccia del mostruoso buco nero che dovrebbe annidarsi al centro della galassia, la cui massa dovrebbe essere pari a miliardi di volte quella solare.

Quasi tutte le grandi galassie contengono un buco nero supermassiccio nel loro cuore. Dal momento che la massa del buco nero è in relazione con la massa della galassia, gli astronomi si aspettano che la galassia al centro di Abell 2261 possa contenere un buco nero colossale. La galassia presa in esame, 2MASX J17222717+3207571, è la più brillante dell’ammasso Abell 2261, situato a 2,7 miliardi di anni luce da noi. Si tratta di un oggetto davvero immenso: si estende per oltre un milione di anni luce, quasi dieci volte la grandezza della Via Lattea. Precedenti studi effettuati grazie ad osservazioni del telescopio Hubble avevano permesso di scoprire che il nucleo della galassia è insolitamente grande: il suo cuore luminoso e diffuso non rivela il picco concentrato di luce attorno al buco nero supermassiccio centrale, che caratterizza il nucleo delle galassie ellittiche. Il cuore immenso della galassia abbraccia ben diecimila anni luce ed è il più vasto mai osservato, risultando oltre 3 volte più esteso rispetto al nucleo di altre galassie molto luminose.

I ricercatori avevano proposto due spiegazioni per questa misteriosa caratteristica della galassia: una coppia di buchi neri in corso di fusione potrebbe aver smosso le stelle nel nucleo, sparpagliandole nello spazio circostante, oppure i buchi neri in collisione potrebbero essere stati espulsi dal nucleo, permettendo alle stelle di diffondersi, sganciandosi dal loro influsso gravitazionale. Tuttavia, osservazioni successive effettuate in banda X col telescopio Chandra e volte a individuare segni della presenza di materiale super-riscaldato nel suo viaggio verso il buco nero, non avevano permesso di individuare sorgenti di alcun tipo.

L’immagine composita mostra dati ottici dei telescopi Hubble e Subaru che mostrano le galassie nell’ammasso e sullo sfondo e dati in banda X di Chandra che evidenziano il gas caldo (in rosa) che pervade l’ammasso Credit: NASA/CXC, NASA/STScI, NAOJ/Subaru, NSF/NRAO/VLA

Ora, grazie a nuove osservazioni più dettagliate effettuate dal telescopio a raggi X Chandra nel 2018, un team di astronomi guidato da Kayhan Gultekin dell’University of Michigan ha condotto una ricerca più approfondita del buco nero nella galassia. I ricercatori hanno anche preso in esame l’ipotesi che un buco nero gigante, derivante dalla fusione di due buchi neri supermassicci, sia stato espulso dal nucleo galattico. Questo può avvenire se le potenti onde gravitazionali generate da un simile evento sono più forti in una direzione rispetto ad un’altra: in questo caso il buco nero derivante dalla fusione potrebbe finire per essere sparato via nella direzione opposta. Gli astronomi non hanno individuato prove della presenza di un buco nero di questo tipo.

Tuttavia, due segnali indiretti suggeriscono che possa aver avuto luogo una fusione tra due buchi neri supermassicci. In primo luogo, i dati di Hubble e del telescopio Subaru rivelano un nucleo galattico molto più vasto del previsto per una galassia di questa dimensione. In secondo luogo, la concentrazione più densa di stelle si trova ad una distanza di oltre 2.000 anni luce dal centro della galassia, un valore insolitamente ragguardevole. Durante una fusione galattica, il buco nero gigante di ogni galassia precipita verso il centro della nuova galassia più grande che si va formando. Se i due mostruosi oggetti si avvicinano a sufficienza e diventano tra loro legati gravitazionalmente, le loro orbite iniziano a restringersi, finché interagiscono con le stelle circostanti, arrivando anche ad espellerle dal centro della galassia. Un simile fenomeno potrebbe spiegare il cuore vasto e diffuso della galassia in Abell 2261.

Anche se vi sono indizi di una fusione avvenuta tra due buchi neri giganti, i dati di Chandra e di Hubble non mostrano segni della presenza del buco nero risultante. Osservazioni effettuate tramite il Very Large Array in banda radio hanno rivelato emissioni vicino al centro della galassia, a indicare che 50 milioni di anni fa (rispetto alla galassia così come oggi la osserviamo) un buco nero supermassiccio fosse attivo. Tuttavia, anche le osservazioni radio non suggeriscono che il centro galattico contenga attualmente un buco nero. L’assenza di segnali rilevati da Chandra in banda X suggerisce inoltre che non vi siano buchi neri attivi in ognuna delle varie posizioni analizzate, oppure che il buco nero stia divorando materia troppo lentamente per produrre un segnale X rilevabile. Il mistero della mancanza del buco nero gigante continua…

https://chandra.si.edu/photo/2020/a2261/

Nell’immagine la gigantesca galassia ellittica al centro dell’ammasso Abell 2261
Credit: NASA, ESA, M. Postman (Space Telescope Science Institute, USA), T. Lauer (National Optical Astronomy Observatory, USA), and the CLASH team.

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