Hubble e Chandra individuano un raro tipo di buco nero che mangia una stella

Il telescopio spaziale Hubble della NASA e l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA hanno collaborato per identificare un nuovo possibile esempio di una rara classe di buchi neri.

Il telescopio spaziale Hubble della NASA e l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA hanno collaborato per identificare un nuovo possibile esempio di una rara classe di buchi neri.

Chiamata NGC 6099 HLX-1, questa luminosa sorgente di raggi X sembra risiedere in un ammasso stellare compatto in una galassia ellittica gigante.

Solo pochi anni dopo il suo lancio nel 1990, Hubble scoprì che le galassie in tutto l’universo possono contenere buchi neri supermassicci al loro centro che pesano milioni o miliardi di volte la massa del nostro Sole.

Inoltre, le galassie contengono anche milioni di piccoli buchi neri che pesano meno di 100 volte la massa del Sole. Questi si formano quando le stelle massicce raggiungono la fine della loro vita.

Molto più sfuggenti sono i buchi neri di massa intermedia (IMBH), che pesano tra poche centinaia e poche 100.000 volte la massa del nostro Sole.

Questa categoria di buchi neri, non troppo grandi e non troppo piccoli, è spesso invisibile per noi perché gli IMBH non divorano tanto gas e stelle quanto quelli supermassicci, che emetterebbero potenti radiazioni.

Devono essere colti nell’atto di foraggiare per essere trovati.

Quando di tanto in tanto divorano una sfortunata stella di bypass – in quello che gli astronomi chiamano un evento di distruzione mareale – riversano una raffica di radiazioni.

L’ultimo probabile IMBH, colto in flagrante dai dati del telescopio, si trova alla periferia della galassia NGC 6099 a circa 40.000 anni luce dal centro della galassia, come descritto in un nuovo studio pubblicato sull’Astrophysical Journal.

La galassia si trova a circa 450 milioni di anni luce di distanza nella costellazione di Ercole.

Gli astronomi hanno visto per la prima volta un’insolita fonte di raggi X in un’immagine scattata da Chandra nel 2009.

Hanno poi seguito la sua evoluzione con l’osservatorio spaziale XMM-Newton dell’ESA.

“Le sorgenti di raggi X con una luminosità così estrema sono rare al di fuori dei nuclei delle galassie e possono servire come sonda chiave per identificare gli IMBH sfuggenti. Rappresentano un anello mancante cruciale nell’evoluzione dei buchi neri tra la massa stellare e i buchi neri supermassicci”, ha detto l’autore principale Yi-Chi Chang della National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan.

L’emissione di raggi X proveniente da NGC 6099 HLX-1 ha una temperatura di 3 milioni di gradi, coerente con un evento di distruzione mareale.

Hubble ha trovato prove della presenza di un piccolo ammasso di stelle attorno al buco nero.

Questo ammasso darebbe al buco nero molto di cui banchettare, perché le stelle sono così vicine tra loro che sono a pochi mesi luce di distanza (circa 500 miliardi di miglia).

Il sospetto IMBH ha raggiunto la massima luminosità nel 2012 e poi ha continuato a diminuire fino al 2023.

Le osservazioni ottiche e a raggi X nel periodo non si sovrappongono, quindi questo complica l’interpretazione.

Il buco nero potrebbe aver fatto a pezzi una stella catturata, creando un disco di plasma che mostra variabilità, o potrebbe aver formato un disco che tremola quando il gas precipita verso il buco nero.

“Se l’IMBH sta mangiando una stella, quanto tempo ci vuole per inghiottire il gas della stella? Nel 2009, HLX-1 era abbastanza luminoso. Poi, nel 2012, era circa 100 volte più luminoso. E poi è sceso di nuovo”, ha detto il coautore dello studio Roberto Soria dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

“Quindi ora dobbiamo aspettare e vedere se sta divampando più volte, o se c’è stato un inizio, se c’è stato un picco, e ora scenderà fino a quando non scomparirà”.

L’IMBH si trova alla periferia della galassia ospite, NGC 6099, a circa 40.000 anni luce dal centro della galassia.

C’è presumibilmente un buco nero supermassiccio nel nucleo della galassia, che è attualmente quiescente e non divora una stella.

Il team sottolinea che fare un’indagine sugli IMBH può rivelare come si formano i buchi neri supermassicci più grandi in primo luogo.

Ci sono due teorie alternative. Uno è che gli IMBH sono i semi per la costruzione di buchi neri ancora più grandi fondendosi insieme, dal momento che le grandi galassie crescono assorbendo galassie più piccole.

Anche il buco nero al centro di una galassia cresce durante queste fusioni.

Le osservazioni di Hubble hanno scoperto una relazione proporzionale: più massiccia è la galassia, più grande è il buco nero.

Il quadro emergente con questa nuova scoperta è che le galassie potrebbero avere “IMBH satellitari” che orbitano nell’alone di una galassia ma non sempre cadono al centro.

Un’altra teoria è che le nubi di gas nel mezzo degli aloni di materia oscura nell’universo primordiale non formano prima le stelle, ma collassano direttamente in un buco nero supermassiccio.

La scoperta del telescopio spaziale James Webb della NASA di buchi neri molto distanti che sono sproporzionatamente più massicci rispetto alla loro galassia ospite tende a supportare questa idea.

Tuttavia, potrebbe esserci una tendenza osservativa verso la rilevazione di buchi neri estremamente massicci nell’universo lontano, perché quelli di dimensioni più piccole sono troppo deboli per essere visti. In realtà, potrebbe esserci più varietà là fuori nel modo in cui il nostro universo dinamico costruisce i buchi neri.

I buchi neri supermassicci che collassano all’interno di aloni di materia oscura potrebbero semplicemente crescere in modo diverso da quelli che vivono in galassie nane, dove l’accrescimento dei buchi neri potrebbe essere il meccanismo di crescita preferito.

“Quindi, se siamo fortunati, troveremo più buchi neri fluttuanti che diventano improvvisamente luminosi ai raggi X a causa di un evento di distruzione mareale. Se riusciamo a fare uno studio statistico, questo ci dirà quanti di questi IMBH ci sono, quanto spesso distruggono una stella, quanto sono cresciute le galassie più grandi assemblando galassie più piccole”, ha detto Soria.

La sfida è che Chandra e XMM-Newton osservano solo una piccola frazione del cielo, quindi non trovano spesso nuovi eventi di distruzione mareale, in cui i buchi neri consumano stelle.

L’Osservatorio Vera C. Rubin in Cile, un telescopio per survey all-sky della National Science Foundation degli Stati Uniti e del Dipartimento dell’Energia, è stato in grado di rilevare questi eventi in luce ottica fino a centinaia di milioni di anni luce di distanza. Le osservazioni di follow-up con Hubble e Webb possono rivelare l’ammasso stellare attorno al buco nero.

Immagine: NASA, ESA, CXC, Yi-Chi Chang (National Tsing Hua University); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

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