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Flash stravaganti potrebbero essere segni del più vicino oggetto mai visto vicino a un buco nero: ScienceAlert

A circa 275 milioni di anni luce dalla Via Lattea si trova un vero mistero cosmico. Qui, nel cuore

Flash stravaganti potrebbero essere segni del più vicino oggetto mai visto vicino a un buco nero: ScienceAlert

A circa 275 milioni di anni luce dalla Via Lattea si trova un vero mistero cosmico.

Qui, nel cuore di una galassia chiamata 1ES 1927+654, si trova un buco nero supermassiccio le cui bizzarrie e capricci hanno sconcertato astronomi per anni.

Ora, potremmo finalmente avere una spiegazione per almeno parte del suo comportamento selvaggio: una stella nana bianca in orbita che si avvicina pericolosamente al limite dell’orizzonte degli eventi del buco nero, il punto oltre il quale nessuna materia può mai tornare.

“Questo sarebbe il più vicino che conosciamo a qualsiasi buco nero,” dice la fisica Megan Masterson del Massachusetts Institute of Technology. “Questo ci dice che oggetti come le nane bianche potrebbero essere in grado di vivere molto vicino a un orizzonte degli eventi per un periodo di tempo relativamente lungo.”

I buchi neri stessi non emettono luce, ma i buchi neri supermassicci nei centri delle galassie sono spesso circondati da enormi nuvole di materiale. È questo materiale, riscaldato dall’attrito e dalla gravità mentre gira in orbita attorno al buco nero, a brillare di luce.

Quando questa luce cambia, gli astronomi possono studiarla per capire quali eventi potrebbero avere luogo nelle vicinanze del buco nero. Ad esempio, sappiamo com’è quando una stella che passa viene catturata nel campo gravitazionale di un buco nero e viene strappata per essere divorata nel corso del tempo.

Strange Light From a Black Hole Could Be a Dead Star Teetering on The Brink of Oblivion
Impressione artistica della corona che scompare. (NASA/JPL-Caltech)

Un animale relativamente modesto, con una massa di circa 1 milione di volte quella del Sole, il buco nero al centro di 1ES 1927+654 sembrava relativamente normale fino al 2018, quando la sua corona circostante scomparve dalla vista per poi illuminarsi gradualmente fino a quasi 20 volte la sua luminosità precedente.

Questo era sconcertante. Un’analisi ha suggerito che potesse essere il risultato di un’inversione polare del buco nero. Non avendo mai visto nulla di simile prima, gli scienziati hanno tenuto d’occhio 1ES 1927+654 per vedere se si verificava qualcos’altro di notevole.

Nel giugno 2022, qualcosa è successo.

I dati sui raggi X registrati dal telescopio spaziale XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea hanno mostrato che il nucleo galattico aveva iniziato a fluctuare in luminosità. L’emissione di raggi X del buco nero variava di circa il 10 percento, su scale temporali di circa 18 minuti.

Questo comportamento non è inedito per i buchi neri. Tali fluttuazioni sono note come oscillazioni quasi periodiche, e la loro causa esatta è sconosciuta. Ma 1ES 1927+654 doveva rendere tutto ancora più strano. Nel corso di due anni, il tempo tra le fluttuazioni si è ridotto da circa 18 minuti a meno di sette.

Strange Light From a Black Hole Could Be a Dead Star Teetering on The Brink of Oblivion
Impressione artistica di una nana bianca che genera flares di luce mentre naviga attorno all’orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio. (Aurore Simonnet/Sonoma State University)

“Non abbiamo mai visto questa variabilità drammatica nel tasso con cui lampeggia,” dice Masterson. “Questo non assomigliava affatto a un normale buco nero.”

Quindi, cosa potrebbe star succedendo nell’Universo? Per capirlo, i ricercatori hanno dovuto esaminare gli indizi: la lunghezza d’onda della luce e la periodicità del lampeggio.

“Vedere qualcosa nei raggi X ti dice già che sei abbastanza vicino al buco nero,” dice la fisica Erin Kara del MIT. “Quando vedi variabilità su scale temporali di minuti, sei vicino all’orizzonte degli eventi, e la prima cosa a cui pensi è il moto circolare, e se qualcosa potrebbe orbitare attorno al buco nero.”

I ricercatori hanno esaminato gli scenari disponibili e hanno determinato che l’opzione più probabile è un oggetto denso nel materiale in orbita attorno al buco nero, che si avvicina gradualmente. Man mano che la sua orbita si restringe, il tempo tra i lampi di luce mentre orbita attorno al buco nero si accorcia. Ciò significa che questo oggetto sta girando attorno a un orizzonte degli eventi con un raggio 4.2 volte quello del nostro Sole in appena sette minuti.

I calcoli del team mostrano che questo oggetto è probabilmente una nana bianca; ovvero, il nucleo collassato di una stella a bassa massa che ha espulso il suo materiale esterno mentre moriva. La massa di questo oggetto è di circa 0.1 volte quella del Sole, compressa in una sfera con un diametro tra la Terra e la Luna.

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Se questo è il caso, la nana bianca potrebbe ancora sopravvivere all’incontro. A una tale prossimità, il buco nero sta probabilmente strappando il materiale esterno della nana bianca, il che conferisce alla stella torturata abbastanza impulso di retroazione per impedirle di superare il punto di non ritorno. Le nane bianche sono anche molto dense, il che potrebbe impedirle di disintegrarsi come farebbe una stella normale.

Questo potrebbe significare che alla fine si ritirerà dal buco nero a una distanza più sicura. Se l’analisi del team è corretta, saranno in grado di osservare questo ritiro in un periodo di oscillazioni nei raggi X che si allunga. Qualunque cosa accada, però, questo buco nero è lontano dall’aver finito di insegnarci sulle più estreme ambienti gravitazionali dell’Universo.

“L’unica cosa che ho imparato da questa sorgente è di non smettere mai di osservarla perché probabilmente ci insegnerà qualcosa di nuovo,” dice Masterson. “Il prossimo passo è semplicemente tenere gli occhi aperti.”

La ricerca è stata presentata alla 245ª riunione della American Astronomical Society. È stata anche accettata in Nature ed è disponibile sul server di preprint arXiv.

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