Credits: NASA/JPL-Caltech

Introduzione

Il segnale che indicava che un buco nero si stava alimentando è svanito, forse quando una stella ha interrotto il banchetto. L’evento potrebbe dare una nuova visione di questi oggetti misteriosi.

Alimentazione interrotta

Al centro di una galassia lontana, un buco nero sta lentamente consumando un disco di gas che gli gira intorno come l’acqua che gira intorno a uno scarico. Mentre un flusso costante di gas viene trascinato nella fauce spalancata, le particelle ultra-calde si raccolgono vicino al buco nero, sopra e sotto il disco, generando un brillante bagliore di raggi X che può essere visto a 300 milioni di anni luce di distanza sulla Terra. Queste collezioni di gas ultracaldo, chiamate corone dei buchi neri, sono note per mostrare cambiamenti notevoli nella loro luminosità, illuminandosi o attenuandosi fino a 100 volte durante l’alimentazione di un buco nero.

Ma due anni fa, gli astronomi hanno osservato con stupore lo scomparire completamente dei raggi X della corona del buco nero in una galassia nota come 1ES 1927+654, svanendo di un fattore di 10.000 in circa 40 giorni. Quasi immediatamente cominciò a modificarsi e circa 100 giorni dopo era diventato quasi 20 volte più luminoso di prima dell’evento.

La luce a raggi X di una corona del buco nero è un sottoprodotto diretto dell’alimentazione del buco nero, quindi la scomparsa di quella luce da 1ES 1927+654 significa probabilmente che la sua alimentazione era stata interrotta. In un nuovo studio, pubblciato su Astrophysical Journal Letters, gli scienziati ipotizzano che una stella in fuga potrebbe essersi avvicinata troppo al buco nero ed essere stata fatta a pezzi. Se questo fosse stato il caso, i detriti in rapido movimento della stella potrebbero essersi schiantati attraverso una parte del disco, disperdendo brevemente il gas.

Normalmente non vediamo variazioni di questo tipo nell’accumulo di buchi neri“, ha detto Claudio Ricci, professore assistente all’Università Diego Portales di Santiago del Cile e autore principale dello studio. “È stato così strano che all’inizio abbiamo pensato che forse c’era qualcosa di sbagliato nei dati. Quando abbiamo visto che era reale, è stato molto emozionante. Ma non avevamo nemmeno idea di con che cosa avevamo a che fare; nessuno di quelli con cui abbiamo parlato aveva visto niente del genere”.

Quasi ogni galassia dell’universo può ospitare un buco nero supermassiccio al suo centro, come quello di 1ES 1927+654, con masse milioni o miliardi di volte superiori al nostro Sole. Crescono consumando il gas che le circonda, altrimenti detto come disco di accrescimento. Poiché i buchi neri non emettono o riflettono la luce, non possono essere visti direttamente, ma la luce delle loro corone e dei dischi di accrescimento offre un modo per conoscere questi oggetti oscuri.

L’ipotesi degli autori è supportata anche dal fatto che alcuni mesi prima della scomparsa del segnale a raggi X, gli osservatori sulla Terra hanno visto il disco illuminarsi notevolmente in lunghezze d’onda di luce visibile (quelle che possono essere viste dall’occhio umano). Questo potrebbe essere il risultato della collisione iniziale dei detriti stellari con il disco.

Scavare più a fondo

L’evento avutosi in 1ES 1927+654 è unico non solo per il drammatico cambiamento di luminosità, ma anche per la profondità con cui gli astronomi sono stati in grado di studiarlo. Il brillamento della luce visibile ha spinto Ricci e i suoi colleghi a richiedere un monitoraggio successivo del buco nero utilizzando il Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) della NASA, un telescopio a raggi X a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. In totale, il NICER ha osservato il sistema 265 volte in 15 mesi. Un ulteriore monitoraggio a raggi X è stato ottenuto con il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA – che ha osservato il sistema anche nella luce ultravioletta – e con il Nuclear Spectroscopic Telescope Array della NASA (NuSTAR) e con l’osservatorio XMMM-Newton dell’ESA (l’Agenzia Spaziale Europea).

Quando la luce a raggi X della corona è scomparsa, NICER e Swift hanno osservato i raggi X a bassa energia del sistema in modo che, collettivamente, questi osservatori hanno fornito un flusso continuo di informazioni per tutta la durata dell’evento.

Sebbene una stella capricciosa sembri la colpevole più probabile, gli autori notano che potrebbero esserci altre spiegazioni per l’evento senza precedenti. Una caratteristica degna di nota delle osservazioni è che il calo generale di luminosità non è stato un passaggio graduale: giorno dopo giorno, i raggi X a bassa energia rilevati da NICER hanno mostrato una variazione drammatica, a volte cambiando la luminosità di un fattore 100 in appena otto ore. In casi estremi, le corone dei buchi neri sono diventate 100 volte più luminose o più fioche, ma su tempi molto più lunghi. Tali rapidi cambiamenti, che si verificano continuamente per mesi, sono stati straordinari.

Questo set di dati è pieno di enigmi“, ha detto Erin Kara, assistente professore di fisica al Massachusetts Institute of Technology e coautrice del nuovo studio. “Ma è emozionante, perché significa che stiamo imparando qualcosa di nuovo sull’universo. Pensiamo che l’ipotesi della stella sia una buona ipotesi, ma penso anche che analizzeremo questo evento per molto tempo“.

È possibile che questo tipo di estrema variabilità sia più comune nei dischi di accrescimento dei buchi neri di quanto gli astronomi non si rendano conto. Molti osservatori presenti e futuri sono progettati per cercare cambiamenti a breve termine nei fenomeni cosmici, una pratica nota come “astronomia del dominio del tempo“, che potrebbe rivelare più eventi come questo.

Questo nuovo studio è un grande esempio di come la flessibilità nella programmazione delle osservazioni permette alle missioni NASA ed ESA di studiare oggetti che si evolvono relativamente rapidamente e di cercare cambiamenti a lungo termine nel loro comportamento medio“, ha detto Michael Loewenstein, coautore dello studio e astrofisico per la missione NICER al University of Maryland College Park e al Goddard Space Flight Center (GSFC) della NASA a Greenbelt, Maryland. “Questo buco nero che si alimenta ritornerà allo stato in cui si trovava prima dell’evento di disturbo? O il sistema è stato fondamentalmente cambiato? Stiamo continuando le nostre osservazioni per scoprirlo“.

Per saperne di più sulle missioni

  • NICER è una Astrophysics Mission of Opportunity nell’ambito del programma Explorer della NASA, che offre frequenti opportunità di volo per indagini scientifiche di livello mondiale dallo spazio utilizzando approcci di gestione innovativi, snelli ed efficienti nell’ambito dell’eliofisica e dell’astrofisica.
  • NuSTAR ha recentemente festeggiato otto anni nello spazio, avendo lanciato il 13 giugno 2012. Una missione Small Explorer guidata dalla Caltech e gestita dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California del Sud per la direzione della missione scientifica dell’agenzia a Washington, NuSTAR è stata sviluppata in collaborazione con l’Università Tecnica danese e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). La navicella spaziale è stata costruita dalla Orbital Sciences Corp. di Dulles, Virginia. Il centro operativo della missione NuSTAR si trova presso l’Università della California, Berkeley, e l’archivio ufficiale dei dati si trova presso il Centro di ricerca dell’High Energy Astrophysics Science Archive della NASA presso il GSFC. L’ASI fornisce la stazione di terra della missione e un archivio dati speculare. Caltech gestisce il JPL per la NASA.
  • L’osservatorio XMM-Newton dell’ESA è stato lanciato nel dicembre 1999 da Kourou, Guyana Francese. La NASA ha finanziato elementi del pacchetto di strumenti XMMM-Newton e fornisce la NASA Guest Observer Facility del GSFC, che supporta l’uso dell’osservatorio da parte degli astronomi statunitensi.
  • Il GSFC gestisce la missione Swift in collaborazione con la Penn State in University Park, Pennsylvania, il Los Alamos National Laboratory in New Mexico e Northrop Grumman Innovation Systems a Dulles, Virginia. Altri partner sono l’Università di Leicester e il Mullard Space Science Laboratory dell’University College London nel Regno Unito, l’Osservatorio di Brera in Italia e l’Agenzia Spaziale Italiana.

Approfondimenti

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