Chandra mostra che un buco nero gigante ruota più lentamente dei suoi simili più piccoli


Gli astronomi hanno effettuato una misurazione da record della rotazione di un buco nero, una delle due proprietà fondamentali dei buchi neri. Il Chandra X-ray Observatory della NASA mostra che questo buco nero ruota più lentamente della maggior parte dei suoi cugini più piccoli.


Si tratta del buco nero più massiccio con una misurazione accurata dello spin e fornisce indicazioni su come si sviluppano alcuni dei buchi neri più grandi dell’universo.

I buchi neri supermassicci contengono milioni o addirittura miliardi di volte più massa del nostro Sole. Gli astronomi ritengono che quasi tutte le grandi galassie abbiano un buco nero supermassiccio al loro centro. Sebbene l’esistenza dei buchi neri supermassicci non sia in discussione, gli scienziati stanno ancora lavorando per capire come crescono e si evolvono. Un’informazione fondamentale è la velocità di rotazione dei buchi neri.

Ogni buco nero può essere definito da due soli numeri: il suo spin e la sua massa“, ha detto Julia Sisk-Reynes dell’Istituto di Astronomia (IoA) dell’Università di Cambridge nel Regno Unito, che ha guidato il nuovo studio. “Sebbene sembri abbastanza semplice, capire questi valori per la maggior parte dei buchi neri si è rivelato incredibilmente difficile”.

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno osservato i raggi X che rimbalzavano su un disco di materiale che vorticava intorno al buco nero in un quasar noto come H1821+643. I quasar contengono buchi neri supermassicci in rapida crescita che generano grandi quantità di radiazioni in una piccola regione intorno al buco nero. Situato in un ammasso di galassie a circa 3,4 miliardi di anni luce dalla Terra, il buco nero di H1821+643 ha una massa compresa tra i 3 e i 30 miliardi di masse solari, il che lo rende uno dei più massicci buchi neri conosciuti.

Il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia pesa invece circa quattro milioni di Soli.

Le forti forze gravitazionali in prossimità del buco nero alterano l’intensità dei raggi X a diverse energie. Più grande è l’alterazione, più il bordo interno del disco deve essere vicino al punto di non ritorno del buco nero, noto come orizzonte degli eventi. Poiché un buco nero in rotazione trascina con sé lo spazio e permette alla materia di orbitare più vicino ad esso di quanto sia possibile per un buco nero non in rotazione, i dati a raggi X possono mostrare la velocità di rotazione del buco nero.

Abbiamo scoperto che il buco nero in H1821+643 sta ruotando circa la metà della velocità della maggior parte dei buchi neri che pesano tra un milione e dieci milioni di soli“, ha detto il co-autore Christopher Reynolds, anch’egli dell’IoA.

La domanda da un milione di dollari è: perché?“.

La risposta potrebbe risiedere nel modo in cui questi buchi neri supermassicci crescono ed evolvono. Questa rotazione relativamente lenta supporta l’idea che i buchi neri più massicci come H1821+643 subiscano la maggior parte della loro crescita attraverso la fusione con altri buchi neri, o grazie al gas che viene attirato verso l’interno in direzioni casuali quando i loro grandi dischi vengono interrotti.

È probabile che i buchi neri supermassicci che crescono in questo modo subiscano spesso grandi cambiamenti di spin, compreso il rallentamento o lo spostamento nella direzione opposta. La previsione è quindi che i buchi neri più massicci siano osservati con una gamma più ampia di velocità di rotazione rispetto ai loro parenti meno massicci.

D’altra parte, gli scienziati si aspettano che i buchi neri meno massicci accumulino la maggior parte della loro massa da un disco di gas che ruota intorno a loro. Poiché ci si aspetta che tali dischi siano stabili, la materia in arrivo si avvicina sempre da una direzione che farà ruotare i buchi neri più velocemente fino a raggiungere la massima velocità possibile, ovvero la velocità della luce.

La rotazione moderata di questo oggetto ultramassiccio può essere una testimonianza della storia violenta e caotica dei più grandi buchi neri dell’universo“, ha dichiarato il coautore James Matthews, anch’egli dell’IoA. “Potrebbe anche fornire indicazioni su ciò che accadrà al buco nero supermassiccio della nostra galassia miliardi di anni nel futuro, quando la Via Lattea entrerà in collisione con Andromeda e altre galassie“.

Questo buco nero fornisce informazioni che completano quanto gli astronomi hanno appreso sui buchi neri supermassicci osservati nella nostra galassia e in M87, che sono stati fotografati con il telescopio Event Horizon. In questi casi, le masse dei buchi neri sono ben note, ma non lo è lo spin.

Il documento che descrive questi risultati di Sisk-Reynes e dei suoi collaboratori è pubblicato nel Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ed è disponibile all’indirizzo https://arxiv.org/abs/2205.12974.

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