Gli astronomi scoprono un quartetto di cavità prodotto da buchi neri giganti


Gli scienziati hanno trovato quattro enormi cavità, o bolle, al centro di un ammasso di galassie utilizzando il Chandra X-ray Observatory della NASA. Questo insolito insieme di caratteristiche potrebbe essere stato causato dalle eruzioni di due buchi neri supermassicci che orbitano strettamente l’uno intorno all’altro.


Gli ammassi di galassie sono le strutture più grandi dell’universo tenute insieme dalla gravità. Sono una miscela di centinaia o anche migliaia di galassie individuali, enormi quantità di gas caldo e materia oscura invisibile. Il gas caldo che pervade gli ammassi contiene molta più massa delle galassie stesse, e brilla brillantemente nella luce dei raggi X che Chandra rileva. Un’enorme galassia si trova solitamente al centro di un ammasso.

Un nuovo studio di Chandra dell’ammasso di galassie noto come RBS 797, situato a circa 3,9 miliardi di anni luce dalla Terra, ha scoperto due coppie separate di cavità che si estendono dal centro dell’ammasso.

Questi tipi di cavità sono già state viste in altri ammassi di galassie. Gli scienziati pensano che siano il risultato di eruzioni da regioni vicine a un buco nero supermassiccio nel mezzo della massiccia galassia centrale. Quando la materia vola via dal buco nero come getti in direzioni opposte, fa esplodere delle cavità nel gas caldo. La rivelazione in RBS 797 è che ci sono due serie di getti diretti perpendicolarmente l’uno all’altro.

Pensiamo di sapere cosa rappresenta una coppia di cavità, ma cosa succede quando un ammasso di galassie ha due coppie in direzioni molto diverse?” ha detto Francesco Ubertosi dell’Università di Bologna in Italia, che ha guidato lo studio Chandra.

Gli astronomi avevano già osservato la coppia di cavità in direzione est-ovest in RBS 797, ma la coppia in direzione nord-sud è stata rilevata solo in una nuova osservazione Chandra molto più lunga. L’immagine più profonda utilizza quasi cinque giorni di tempo di osservazione di Chandra, rispetto a circa 14 ore per l’osservazione originale. Il Karl G. Jansky Very Large Array della National Science Foundation aveva già osservato la prova di due coppie di getti come emissione radio, che si allineano con le cavità.

Come è stato creato questo quartetto di cavità? La risposta più probabile, secondo Ubertosi e i suoi colleghi, è che RBS 797 contiene una coppia di buchi neri supermassicci che hanno lanciato getti in direzioni perpendicolari quasi nello stesso momento.

La nostra idea migliore è che una coppia di buchi neri supermassicci abbia generato una coppia di cavità“, ha detto Myriam Gitti, coautrice anche lei dell’Università di Bologna. “Mentre pensiamo che i buchi neri supermassicci possano formare sistemi binari, è estremamente raro che entrambi siano osservati in una fase attiva – in questo senso la scoperta di due buchi neri attivi vicini che gonfiano cavità in RBS 797 è straordinaria.

Infatti, in precedenza un’osservazione radio con l’European VLBI Network (EVN) ha scoperto due sorgenti radio puntiformi separate solo da circa 250 anni luce in RBS 797. Se entrambe le fonti sono buchi neri supermassicci, sono tra le coppie più vicine mai rilevate. I due buchi neri dovrebbero continuare a spiraleggiare l’uno verso l’altro, generando enormi quantità di onde gravitazionali, e alla fine fondersi.

C’è un’altra possibile spiegazione per le quattro cavità viste in RBS 797. Questo scenario coinvolge un solo buco nero supermassiccio – con getti che in qualche modo riescono a cambiare direzione abbastanza rapidamente. L’analisi dei dati Chandra mostra che la differenza di età per le cavità est-ovest e nord-sud è inferiore a 10 milioni di anni.

Se c’è un solo buco nero responsabile di queste quattro cavità, allora dovremo tracciare la storia della sua attività. Gli aspetti chiave sono come l’orientamento dei getti è cambiato rapidamente, e se questo è legato all’ambiente dell’ammasso di galassie o alla fisica del buco nero stesso – o anche una combinazione di entrambi“, ha detto Fabrizio Brighenti, coautore dell’Università di Bologna.

Un documento che descrive questi risultati appare su The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile online.

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