07 Nov 2021 Il Calcio del Buco Nero alle Stelle in Andromeda
Quando due galassie collidono i buchi neri supermassicci al loro centro possono fondersi in un unico buco nero, che per effetto dello scontro subisce un devastante “calcio gravitazionale”, simile al rinculo di un fucile. Secondo un nuovo studio, quando la galassia di Andromeda si è fusa con una sua compagna in tempi antichi, il “calcio” gravitazionale è stato così potente da modificare sostanzialmente le orbite di migliaia di stelle nei pressi del centro galattico, generando una massa di forma allungata ancora oggi osservabile.
Lo studio, pubblicato su Astrophysical Journal Letters, contribuisce a risolvere un mistero di lunga data, relativo un ammasso di stelle disposte in una forma insolita nel cuore della galassia di Andromeda. Grazie a scoperte come questa, inoltre, possiamo ottenere una migliore comprensione dei processi che portano alla crescita delle galassie. “Quando gli scienziati hanno osservato Andromeda, si aspettavano di trovare un buco nero supermassiccio circondato da un ammasso di stelle relativamente simmetrico”, spiega Ann-Marie Madigan dell’University of Colorado, Boulder. “Invece hanno scoperto questa immensa massa di forma allungata”. Ora il team ritiene di avere una spiegazione su questa misteriosa struttura stellare.
Rappresentazione delle orbite di stelle attorno a un buco nero supermassiccio prima (a sinistra) e dopo (a destra) il calcio gravitazionale subito dal buco nero derivante da fusione Credit Steven Burrows/JILA
Andromeda è una galassia a spirale simile alla nostra Via Lattea. Ma l’area ricca di stelle vicino al centro della spirale appare differente da come ci si potrebbe aspettare: le orbite di quelle stelle nel cuore della galassia assumono una forma ovale insolitamente allungata. Gli scienziati definiscono questa struttura “disco nucleare eccentrico”. Nel nuovo studio, il team ha utilizzato simulazioni a computer per modellare ciò che avviene quando due buchi neri supermassicci collidono tra loro: probabilmente Andromeda si è formata durante una fusione tra galassie miliardi di anni fa. Nel corso dell’evento i due buchi neri supwrmassicci nel cuore delle galassie originarie si sono fusi tra loro, generando quantità immense di energia e potenti onde gravitazionali. Sulla base dei calcoli del team, la forza generata da questa fusione può aver influenzato pesantemente le orbite delle stelle vicino al centro galattico, creando quella insolita formazione allungata.
“Quando due galassie si fondono, i loro buchi neri supermassicci possono collidere e andare a formare alla fine un singolo buco nero”, spiega Tatsuya Akiba, a guida dello studio. “Ci siamo chiesti quale siano le conseguenze di un simile evento”. Le scoperte del team possono contribuire a spiegare i meccanismi che guidano l’evoluzione delle galassie in forme differenti, da spirali come la Via Lattea ad altre simili a macchie di stelle diffuse. Quando due buchi neri si fondono, il processo rilascia immense quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spaziotempo. Se i due buchi neri non hanno la stessa massa e lo stesso tasso di rotazione, emettono onde gravitazionali più forti lungo una direzione, abbastanza forti da provocare un “rinculo” che può spingere il buco nero risultante dalla fusione fuori dalla sua sede centrale, in una sorta di “calcio” cosmico.
“Quelle onde gravitazionali sottraggono momento angolare al buco nero residuo e si può avere un effetto di rinculo, come avviene per il colpo di un fucile”, spiega Akiba. Il team ha indagato sugli effetti di un simile evento sulle stelle entro un parsec dal centro della galassia. Le onde gravitazionali prodotte da questo genere di disastrosa collisione tra buchi neri giganti non influenzano direttamente il moto delle stelle in una galassia. Ma il rinculo può spedire il buco nero supermassiccio residuo nello spazio, a velocità che possono raggiungere milioni di chilometri all’ora. Un simile fenomeno può essere tanto potente da spedire il buco nero al di fuori della galassia, ma non è stato questo il caso per Andromeda. È accaduto invece che in seguito alla fusione dei due buchi neri e al rinculo conseguente, le orbite delle stelle nel centro galattico si sono deformate, assumendo la forma allungata visibile nel cuore di Andromeda.
Nell’immagine la galassia di Andromeda ripresa nell’infrarosso dal telescopio spaziale WISE della NASA. Il blu evidenzia stelle più vecchie, mentre in giallo e rosso è visibile la polvere riscaldata da stelle massicce neonate.
Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA
https://www.colorado.edu/today/2021/11/02/gravitational-kick-may-explain-strange-shape-center-andromeda
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