Hubble trova la migliore evidenza dell’esistenza di un buco nero di medie dimensioni


Questa immagine artistica raffigura una stella lacerata da un buco nero a massa intermedia (IMBH), circondata da un disco di accrescimento. Questo sottile disco di materiale rotante è costituito dagli avanzi di una stella che è stata squarciata dalle forze di marea del buco nero.

I nuovi dati del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno fornito le prove più evidenti di buchi neri di medie dimensioni nell’Universo. Hubble conferma che questo buco nero di “massa intermedia” risiede all’interno di un denso ammasso stellare.


I buchi neri di massa intermedia (IMBH) sono un “anello mancante” a lungo ricercato nell’evoluzione dei buchi neri. Ci sono stati alcuni altri candidati IMBH trovati fino ad oggi. Sono più piccoli dei buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle grandi galassie, ma più grandi dei buchi neri di massa stellare formati dal collasso di stelle massicce. Questo nuovo buco nero ha oltre 50.000 volte la massa del nostro Sole.

Hubble scopre un buco nero in un luogo inaspettato.

Gli IMBH sono difficili da trovare.

“I buchi neri di massa intermedia sono oggetti molto elusivi, ed è quindi fondamentale considerare attentamente ed escludere spiegazioni alternative per ogni candidato. Questo è ciò che Hubble ci ha permesso di fare per il nostro candidato”, ha detto Dacheng Lin della University of New Hampshire, ricercatore principale dello studio.1

Lin e il suo team hanno utilizzato Hubble assieme all’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e della missione multispecchio a raggi X dell’Agenzia Spaziale Europea (XMMM-Newton), che trasporta tre telescopi a raggi X ad alta velocità e un monitor ottico per effettuare lunghe esposizioni ininterrotte che forniscono osservazioni altamente sensibili.

“L’aggiunta di ulteriori osservazioni a raggi X ci ha permesso di comprendere la produzione totale di energia”, ha detto Natalie Webb, membro del team dell’Université de Toulouse in Francia. “Questo ci aiuta a capire il tipo di stella che è stata perturbata dal buco nero”.

Questa immagine del telescopio spaziale Hubble ha identificato la posizione di un buco nero di massa intermedia (IMBH), che pesa oltre 50 000 volte la massa del nostro Sole. Il buco nero, denominato 3XMMM J215022.4-055108, è indicato dal cerchio bianco. Questo tipo elusivo di buco nero è stato identificato per la prima volta attraverso un’esplosione rivelatrice di raggi X emessi dal gas caldo emesso da una stella mentre veniva catturato e distrutto dal buco nero. Hubble era necessario per individuare la posizione del buco nero alla luce visibile. Le immagini ad alta risoluzione di Hubble mostrano che il buco nero risiede all’interno di un denso ammasso di stelle che si trova ben oltre la Via Lattea. L’ammasso stellare si trova nelle vicinanze della galassia al centro dell’immagine. Immagini molto più piccole di galassie di sfondo lontane appaiono sparse intorno all’immagine, compresa una spirale a faccia in su appena sopra la galassia centrale di primo piano. Questa foto è stata scattata con la Advanced Camera for Surveys di Hubble.

Nel 2006 questi satelliti ad alta energia hanno rilevato un potente brillamento di raggi X, ma non era chiaro se provenisse dall’interno o dall’esterno della nostra galassia. I ricercatori l’hanno attribuito a una stella che si è lacerata dopo essersi avvicinata troppo a un oggetto compatto e potente dal punto di vista gravitazionale, come un buco nero.

Sorprendentemente, la sorgente di raggi X, chiamata 3XMMM J215022.4-055108, non si trovava al centro di una galassia, dove normalmente risiedono gli enormi buchi neri. Questo ha fatto nascere la speranza che il colpevole fosse un IMBH, ma prima si è dovuto escludere un’altra possibile sorgente di raggi X: una stella di neutroni nella nostra galassia, la Via Lattea, che si raffredda dopo essere stata riscaldata ad una temperatura molto elevata. Le stelle di neutroni sono i resti estremamente densi di una stella esplosa.

Hubble è stato puntato verso la sorgente di raggi X per risolvere la sua precisa posizione. Profonde immagini ad alta risoluzione hanno confermato che i raggi X non provenivano da una sorgente isolata della nostra galassia, ma da un lontano e denso ammasso stellare alla periferia di un’altra galassia – proprio il tipo di luogo in cui gli astronomi si aspettavano di trovare le prove di un IMBH. Le precedenti ricerche di Hubble hanno dimostrato che quanto più massiccia è la galassia, tanto più massiccio è il suo buco nero. Pertanto, questo nuovo risultato suggerisce che l’ammasso stellare che ospita 3XMM J215022.4-055108 potrebbe essere il nucleo spogliato di una galassia nana di massa inferiore che è stata gravitazionalmente dilaniata dalle sue strette interazioni con il suo attuale ospite più grande.

Animazione di un raro ed esotico buco nero di massa intermedia al centro di un ammasso stellare, simile a quello che si pensa sia al centro dell’ammasso globulare Messier 15. Lo studio di questi strani buchi neri potrebbe dirci come tali oggetti crescono ed evolvono sia all’interno di ammassi stellari che di galassie.

Le IMBH sono state particolarmente difficili da trovare perché sono più piccole e meno attive dei buchi neri supermassicci; non hanno fonti di combustibile facilmente disponibili, né hanno un’attrazione gravitazionale abbastanza forte da attirare costantemente le stelle e altro materiale cosmico e produrre il bagliore dei raggi X. Gli astronomi devono quindi cogliere un IMBH in flagrante nell’atto relativamente raro di inghiottire una stella. Lin e i suoi colleghi hanno setacciato l’archivio dati di XMM-Newton, cercando centinaia di migliaia di fonti per trovare prove concrete di questo candidato IMBH. Una volta trovato, il bagliore dei raggi X della stella distrutta ha permesso agli astronomi di stimare la massa del buco nero.

La conferma di un IMBH apre la porta alla possibilità che molti altri si nascondano nel buio senza essere scoperti, in attesa di essere rivelati da una stella che passa troppo vicina. Lin ha intenzione di continuare questo meticoloso lavoro investigativo, utilizzando i metodi che la sua squadra ha dimostrato di usare con successo.

“Studiare l’origine e l’evoluzione dei buchi neri di massa intermedia darà finalmente una risposta su come i buchi neri supermassicci che troviamo nei centri delle galassie massicce sono arrivati ad esistere”, ha aggiunto Webb.

I buchi neri sono uno degli ambienti più estremi di cui gli esseri umani sono consapevoli, e quindi sono un banco di prova per le leggi della fisica e per la nostra comprensione di come funziona l’Universo.

  • Un buco nero supermassiccio cresce da un IMBH?
  • Come si formano gli IMBH?
  • Gli ammassi stellari densi sono la loro casa preferita?

Con una conclusione sicura di un mistero, Lin e gli altri astronomi del buco nero scoprono di avere molte altre interessanti domande da porsi.

Fonte

  1. The results are published in the Astrophysical Journal Letters and were a result of the HST Program GO-15441.