Gli astronomi che utilizzano l’osservatorio spaziale XMM-Newton dell’ESA hanno studiato un buco nero che divora una stella e ha scoperto un segnale eccezionalmente luminoso e stabile che ha permesso loro di determinare la velocità di rotazione del buco nero.
I buchi neri
Si pensa che i buchi neri si nascondano al centro di tutte le galassie massicce, in tutto l’universo e siano inestricabilmente legati alle proprietà delle loro galassie ospiti. Rivelare di più su questi colossi potrebbe essere la chiave per comprendere come le galassie si evolvono nel tempo.
La gravità di un buco nero è estrema e può lacerare le stelle che si allontanano troppo. I detriti di queste stelle si muovono a spirale verso l’interno del buco, si riscaldano e emettono raggi X intensi.
Nonostante il numero di buchi neri che si pensa esistano nel cosmo, molti sono dormienti – non c’è materiale in caduta che emette radiazioni rilevabili – e sono quindi difficili da studiare.
Tuttavia, ogni poche centinaia di migliaia di anni circa, si prevede che una stella passi abbastanza vicino a un dato buco nero e venga lacerata. Questo offre una breve finestra di opportunità per misurare alcune proprietà fondamentali del buco nero stesso, come la sua massa e la velocità con cui ruota.
Lo studio dei buchi neri
“È molto difficile limitare lo spin di un buco nero, poiché gli effetti di spin emergono solo molto vicino alla buca stessa, dove la gravità è intensamente forte ed è difficile vedere chiaramente”, dice Dheeraj Pasham del MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Ricerca in Massachusetts, USA, e autore principale del nuovo studio.
“Tuttavia, i modelli mostrano che la massa di una stella triturata si deposita in una sorta di disco interno che emette raggi X.” Dheeraj e colleghi hanno studiato un evento chiamato ASASSN-14li.
ASASSN-14li
ASASSN-14li è stato scoperto dal All-Sky Automated Survey per SuperNovae (ASASSN) basato a terra il 22 novembre 2014. Il buco nero legato all’evento è almeno un milione di volte più massiccio del Sole.
“ASASSN-14li è soprannominata la ‘Pietra di Rosetta’ di questi eventi”, aggiunge Dheeraj. “Tutte le sue proprietà sono caratteristiche di questo tipo di evento ed è stato studiato da tutti i principali telescopi a raggi X attualmente operativi”.
Usando le osservazioni di ASASSN-14li dagli osservatori XRA-Newton e NASA Chandra e Swift a raggi X dell’ESA, gli scienziati hanno cercato un segnale che fosse stabile e mostrasse un caratteristico motivo a onde spesso attivato quando un buco nero riceve un improvviso afflusso di massa – come quando si divora una stella che passa.
Hanno rilevato un segnale a raggi X sorprendentemente intenso che ha oscillato per un periodo di 131 secondi per 450 giorni.
Combinando questo con informazioni sulla massa e le dimensioni del buco nero, gli astronomi hanno scoperto che il foro deve ruotare rapidamente – a più del 50% della velocità della luce – e che il segnale proviene dalle sue regioni più interne.
Un buco nero…molto luminoso
“È un risultato eccezionale: un segnale così luminoso che è stabile per così tanto tempo non è mai stato visto prima in prossimità di un buco nero”, aggiunge la coautrice Alessia Franchini dell’Università di Milano, Italia.
“Inoltre, il segnale arriva proprio vicino all’orizzonte degli eventi del buco nero: oltre questo punto non possiamo osservare nulla, poiché la gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire.”
Lo studio dimostra un nuovo modo di misurare le rotazioni di enormi buchi neri: osservando la loro attività quando interrompono il passaggio delle stelle con la loro gravità. Tali eventi possono anche aiutarci a comprendere aspetti della teoria della relatività generale. Mentre questo è stato esplorato estensivamente nella gravità “normale”, non è ancora del tutto chiaro nelle regioni in cui la gravità è eccezionalmente forte.
“XMM-Newton è incredibilmente sensibile a questi segnali, più di qualsiasi altro telescopio a raggi X”, afferma Norbert Schartel, scienziato del progetto XMM-Newton dell’ESA. “Il satellite fornisce le esposizioni lunghe, ininterrotte e dettagliate che sono cruciali per rilevare segnali come questi.
“Stiamo solo iniziando a capire la complessa fisica in gioco qui. Trovando casi in cui la massa di una stella triturata si illumina particolarmente possiamo costruire un censimento dei buchi neri nell’Universo, e sondare come si comporta la materia in alcune delle aree e condizioni più estreme del cosmo.”
