Chandra scopre un buco nero con un’enorme crescita

Questa scoperta dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA può aiutare a spiegare come alcuni buchi neri possano raggiungere masse enormi in tempi relativamente brevi dopo il big bang.

Un buco nero sta crescendo a uno dei ritmi più veloci mai registrati, secondo un team di astronomi.

Questa scoperta dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA può aiutare a spiegare come alcuni buchi neri possano raggiungere masse enormi in tempi relativamente brevi dopo il big bang.

Il buco nero pesa circa un miliardo di volte la massa del Sole e si trova a circa 12,8 miliardi di anni luce dalla Terra, il che significa che gli astronomi lo stanno vedendo solo 920 milioni di anni dopo l’inizio dell’universo.

Sta producendo più raggi X di qualsiasi altro buco nero visto nel primo miliardo di anni dell’universo.

Il buco nero sta alimentando quello che gli scienziati chiamano un quasar, un oggetto estremamente luminoso che eclissa intere galassie.

La fonte di energia di questo mostro incandescente è costituita da grandi quantità di materia che si incanalano ed entrano nel buco nero.

Mentre lo stesso team lo ha scoperto due anni fa, ci sono volute osservazioni da Chandra nel 2023 per scoprire cosa distingue questo quasar, RACS J0320-35.

I dati a raggi X rivelano che questo buco nero sembra crescere a un ritmo che supera il limite normale per questi oggetti.

“È stato un po’ scioccante vedere questo buco nero crescere a passi da gigante”, ha detto Luca Ighina del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian di Cambridge, Massachusetts, che ha condotto lo studio.

Quando la materia viene attirata verso un buco nero, viene riscaldata e produce un’intensa radiazione su un ampio spettro, compresi i raggi X e la luce ottica.

Questa radiazione crea pressione sul materiale in caduta.

Quando la velocità di caduta della materia raggiunge un valore critico, la pressione di radiazione bilancia la gravità del buco nero e la materia non può normalmente cadere verso l’interno più rapidamente.

Tale limite massimo è indicato come limite di Eddington.

Gli scienziati pensano che i buchi neri che crescono più lentamente del limite di Eddington debbano nascere con masse di circa 10.000 soli o più in modo da poter raggiungere un miliardo di masse solari entro un miliardo di anni dopo il big bang, come è stato osservato in RACS J0320-35.

Un buco nero con una massa alla nascita così elevata potrebbe derivare direttamente da un processo esotico: il collasso di un’enorme nube di gas denso contenente quantità insolitamente basse di elementi più pesanti dell’elio, condizioni che possono essere estremamente rare.

Se RACS J0320-35 sta davvero crescendo ad un ritmo elevato – stimato a 2,4 volte il limite di Eddington – e lo ha fatto per un periodo di tempo prolungato, il suo buco nero potrebbe essere iniziato in modo più convenzionale, con una massa inferiore a un centinaio di Soli, causato dall’implosione di una stella massiccia.

“Conoscendo la massa del buco nero e calcolando la velocità con cui sta crescendo, siamo in grado di lavorare a ritroso per stimare quanto avrebbe potuto essere massiccio alla nascita”, ha detto il co-autore Alberto Moretti dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera in Italia.

“Con questo calcolo possiamo ora testare diverse idee su come nascono i buchi neri”.

Per capire quanto velocemente questo buco nero stia crescendo (tra i 300 e i 3.000 soli all’anno), i ricercatori hanno confrontato i modelli teorici con la firma dei raggi X, o spettro, di Chandra, che fornisce la quantità di raggi X a diverse energie.

Hanno scoperto che lo spettro di Chandra corrispondeva strettamente a ciò che si aspettavano dai modelli di un buco nero che cresce più velocemente del limite di Eddington.

I dati provenienti dalla luce ottica e infrarossa supportano anche l’interpretazione che questo buco nero sta accumulando peso più velocemente di quanto consentito dal limite di Eddington.

“Come ha fatto l’universo a creare la prima generazione di buchi neri?” ha detto il co-autore Thomas di Connor, anche lui del Center for Astrophysics.

“Questa rimane una delle più grandi domande in astrofisica e questo oggetto ci sta aiutando a inseguire la risposta”.

Un altro mistero scientifico affrontato da questo risultato riguarda la causa dei getti di particelle che si allontanano da alcuni buchi neri a una velocità vicina a quella della luce, come si vede in RACS J0320-35.

Getti come questo sono rari per i quasar, il che potrebbe significare che il rapido tasso di crescita del buco nero sta in qualche modo contribuendo alla creazione di questi getti.

Il quasar è stato precedentemente scoperto come parte di un’indagine con radiotelescopio utilizzando l’Australian Square Kilometer Array Pathfinder, combinato con i dati ottici della Dark Energy Camera, uno strumento montato sul telescopio Victor M. Blanco da 4 metri presso l’Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile. Il telescopio Gemini-South del National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory degli Stati Uniti sul Cerro Pachon, in Cile, è stato utilizzato per ottenere la distanza precisa di RACS J0320-35.

Un articolo che descrive questi risultati è stato accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal ed è disponibile qui.

Immagine: Crediti: raggi X: NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina et al.; Illustrazione: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Elaborazione delle immagini: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

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