Chandra trova piccole galassie potrebbero contraddire la teoria dei buchi neri

La maggior parte delle galassie più piccole potrebbe non avere buchi neri supermassicci nei loro centri, secondo uno studio recente che ha utilizzato l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. Questo contrasta con l’idea comune che quasi ogni galassia abbia uno di questi giganteschi buchi neri nel proprio nucleo, dato che la NASA guida il mondo nell’esplorazione dei segreti di come funziona l’universo.

Un team di astronomi ha utilizzato dati provenienti da oltre 1.600 galassie raccolte in oltre due decenni della missione Chandra.

I ricercatori hanno esaminato galassie che variano in peso da oltre dieci volte la massa della Via Lattea fino a galassie nane, che hanno masse stellari inferiori a qualche percento di quelle della nostra galassia natale.

Un articolo che descrive questi risultati è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

Il team ha riferito che solo circa il 30% delle galassie nane probabilmente contiene buchi neri supermassivi.

“È importante ottenere un conteggio accurato delle teste dei buchi neri in queste galassie più piccole”, ha detto Fan Zou dell’Università del Michigan ad Ann Arbor, che ha guidato lo studio.

“È più di una semplice contabilità. Il nostro studio fornisce indizi su come nascono i buchi neri supermassicci. Fornisce anche indizi cruciali su quanto spesso le firme dei buchi neri nelle galassie nane possano essere trovate con telescopi nuovi o futuri.”

Quando il materiale cade sui buchi neri, viene riscaldato dall’attrito e produce raggi X. Molte delle galassie massicce presenti nello studio contengono sorgenti di raggi X luminose nei loro centri, una chiara firma di buchi neri supermassicci.

Il team concluse che oltre il 90% delle galassie massicce — comprese quelle con la massa della Via Lattea — contiene buchi neri supermassicci.

Tuttavia, le galassie più piccole nello studio di solito non avevano questi segnali inequivocabili di buchi neri.

Le galassie con masse inferiori a tre miliardi di Soli — circa la massa della Grande Nube di Magellano, vicina alla Via Lattea — di solito non contengono sorgenti di raggi X luminose nei loro centri.

I ricercatori hanno considerato due possibili spiegazioni per questa mancanza di fonti a raggi X.

La prima è che la frazione di galassie che contengono buchi neri massicci è molto più bassa per queste galassie meno massicce.

Il secondo è che la quantità di raggi X prodotta dalla materia che cade su questi buchi neri è così debole che Chandra non può rilevarla.

“Pensiamo, basandoci sulla nostra analisi dei dati di Chandra, che ci siano davvero meno buchi neri in queste galassie più piccole rispetto alle loro controparti più grandi,” ha detto Elena Gallo, coautrice anch’essa dell’Università del Michigan.

Per giungere alla loro conclusione, Zou e i suoi colleghi hanno considerato entrambe le possibilità per la mancanza di sorgenti di raggi X nelle galassie piccole nel loro grande campione di Chandra.

La quantità di gas che cade su un buco nero determina quanto sono luminosi o deboli nei raggi X.

Poiché si prevede che i buchi neri più piccoli aspirino meno gas rispetto a quelli più grandi, dovrebbero essere più deboli nei raggi X e spesso non rilevabili. I ricercatori hanno confermato questa aspettativa.

Tuttavia, hanno scoperto che un ulteriore deficit di sorgenti di raggi X si osserva nelle galassie meno massicce oltre al calo previsto dovuto alla diminuzione della quantità di gas che cade verso l’interno.

Questo deficit aggiuntivo può essere compensato se molte delle galassie a bassa massa semplicemente non hanno buchi neri al loro centro.

La conclusione del team fu che il calo delle rilevazioni a raggi X nelle galassie di massa inferiore riflette una vera diminuzione del numero di buchi neri presenti in queste galassie.

Questo risultato potrebbe avere importanti implicazioni per comprendere come si formano i buchi neri supermassicci.

Ci sono due idee principali: nella prima una gigantesca nube di gas collassa direttamente in un buco nero, che contiene migliaia di volte la massa del Sole fin dall’inizio.

L’altra idea è che i buchi neri supermassicci provengano invece da buchi neri molto più piccoli, creati quando le stelle massicce collassano.

“La formazione di grandi buchi neri dovrebbe essere più rara, nel senso che avviene preferenzialmente nelle galassie più massicce in fase di formazione, il che spiegherebbe perché non troviamo buchi neri in tutte le galassie più piccole”, ha detto il coautore Anil Seth dell’Università dello Utah.

Questo studio supporta la teoria secondo cui i giganteschi buchi neri nascono già con un peso diverse migliaia di volte la massa del Sole.

Se l’altra idea fosse vera, i ricercatori hanno detto che si sarebbero aspettati che galassie più piccole avessero probabilmente la stessa frazione di buchi neri di quelle più grandi.

Questo risultato potrebbe anche avere importanti implicazioni per i tassi di fusione dei buchi neri derivanti dalle collisioni di galassie nane.

Un numero molto inferiore di buchi neri comporterebbe meno fonti di onde gravitazionali da rilevare in futuro dall’Antenna Spaziale a Interferometro Laser. Anche il numero di buchi neri che distruggono le stelle nelle galassie nane sarà più piccolo.

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