Il battito aritmico del cuore di un buco nero


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• Questo buco nero è al centro di una grande galassia ellittica, NGC 4696, situata all’interno del nucleo dell’ammasso di galassie del Centaurus.

• I dati di Chandra e di altri telescopi mostrano prove di ripetute esplosioni, o eruzioni, da questo buco nero.

• Queste esplosioni hanno creato cavità all’interno del gas caldo che emette raggi X che pervade l’ammasso.


Al centro dell’ammasso di galassie del Centauro c’è una grande galassia ellittica chiamata NGC 4696.  Molto in profondità in questa galassia c’è un buco nero supermassiccio sepolto nel suo cuore.

Nuovi dati provenienti dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e da altri telescopi hanno rivelato dettagli su questo enorme buco nero, situato a circa 145 milioni di anni luce dalla Terra. Anche se lo stesso buco nero non è ancora stato individuato, gli astronomi stanno imparando l’impatto che ha sulla galassia che lo ospita e anche sull’ammasso di galassie che lo circonda.

In un certo senso, questo buco nero assomiglia a un cuore pulsante che pompa il sangue verso l’esterno nel corpo attraverso le arterie. Allo stesso modo, un buco nero può iniettare materiale ed energia nella galassia ospitante e anche oltre.

Esaminando i dettagli dei dati dei raggi X di Chandra, gli scienziati hanno trovato prove di ripetute esplosioni di particelle energetiche in getti generati dal buco nero supermassiccio al centro di NGC 4696. Queste esplosioni creano ampie cavità nel gas caldo che riempie lo spazio tra le galassie dell’ammasso. Le esplosioni creano anche onde d’urto, simili a bracci sonici prodotti da aerei ad alta velocità, che viaggiano per decine di migliaia di anni luce attraverso l’ammasso di galassie.

L’immagine composita (in copertina) contiene i dati X di Chandra (in rosso) che rivelano il gas caldo nell’ammasso e i dati radio del Karl G. Jansky Very Large Array (in blu) che mostrano le particelle ad alta energia prodotte dai getti alimentati dal potente buco nero. I dati di luce visibile dal telescopio spaziale Hubble (in verde) mostrano le galassie nell’ammasso, così come galassie e stelle al di fuori dell’ammasso.

Gli astronomi hanno impiegato una speciale elaborazione dei dati X (come mostrato sotto) per evidenziare nove cavità visibili nel gas caldo. 

Queste cavità sono contrassegnate da A a I in un’immagine aggiuntiva, e la posizione del buco nero è contrassegnata con una croce. Le cavità che si sono formate più recentemente si trovano più vicino al buco nero, in particolare quelle contrassegnate con A e B.

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Questa immagine mostra un campo visivo più ampio rispetto all’immagine composita principale di cui sopra ed ha un diametro di circa 122.000 anni luce.Le lettere indicano le cavità individuate.

I ricercatori stimano che queste eruzioni del buco nero, o “battiti”, si sono verificati ogni 5-10 milioni di anni. Oltre alle scale temporali molto diverse, questi battiti differiscono anche dai tipici battiti cardiaci umani in quanto non si verificano ad intervalli particolarmente regolari.

Un diverso tipo di elaborazione dei dati X rivela una sequenza di elementi curvi e approssimativamente equidistanti nel gas caldo. Queste possono essere causate dalle onde sonore generate dalle ripetute esplosioni del buco nero. 

In un ammasso di galassie, il gas caldo che riempie l’ammasso permette la propagazione delle onde sonore – anche se a frequenze troppo basse perché l’udito umano possa rilevarle -. (Si noti che entrambe le immagini che mostrano le cavità etichettate e questa immagine sotto sono ruotate leggermente in senso orario rispetto all’immagine composita principale).

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Questa immagine mostra un campo visivo più ampio rispetto all’immagine composita principale che è di circa 550.000 anni luce.

Le caratteristiche dell’ammasso del Centauro sono simili alle ondulazioni viste nell’ammasso di galassie di Perseus. L’altezza del suono nel Centauro è estremamente profonda, corrispondente ad un suono discordante di circa 56 ottave al di sotto delle note vicino al Do medio, il che corrisponde ad un’altezza leggermente superiore (di circa un’ottava) rispetto al suono di Perseus. Spiegazioni alternative per queste caratteristiche curve includono gli effetti della turbolenza o dei campi magnetici.

Le esplosioni del buco nero sembrano anche aver sollevato gas che si è arricchito di elementi generati da esplosioni di supernova. Gli autori dello studio dell’ammasso del Centauro hanno creato una mappa  che mostra la densità di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. I colori più chiari nella mappa mostrano le regioni con la più alta densità di elementi pesanti e i colori più scuri mostrano regioni con una densità inferiore di elementi pesanti. Pertanto, le regioni con la più alta densità di elementi pesanti si trovano alla destra del buco nero. Una minore densità di elementi pesanti vicino al buco nero è coerente con l’idea che il gas arricchito sia stato estratto dal centro dell’ammasso mediante l’attività di scoppio associata al buco nero. L’energia prodotta dal buco nero è anche in grado di impedire il raffreddamento dell’enorme serbatoio di gas caldo. Questo ha impedito la formazione di un gran numero di stelle all’interno del gas.

Un documento che descrive questi risultati è stato pubblicato nel numero del 21 marzo 2016 di the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  ed è disponibile online. Il primo autore è Jeremy Sanders del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching, Germania.

Fonte