Scoperto un duo di buchi neri supermassicci

Quando le galassie si scontrano, i loro buchi neri si fondono in un unico buco nero gigante. Quasi tutte le galassie contengono buchi neri supermassicci al centro. Il telescopio spaziale Hubble e l’osservatorio a raggi X Chandra hanno guardato nel cuore di una coppia di galassie in collisione e hanno scoperto due buchi neri supermassicci gemelli che si muovevano l’uno intorno all’altro. Il duo di buchi neri, gonfio di gas in caduta, divampa brillantemente come nuclei galattici attivi (AGN). Si trovano a circa 300 anni luce di distanza, la coppia di AGN più vicina osservata nelle lunghezze d’onda della luce visibile e dei raggi X.

 

 

Come due lottatori di sumo che si scontrano,  è stata osservata la coppia di buchi neri supermassicci più vicina a noi. Questi si trovano a circa 300 anni luce di distanza l’uno dall’altro e sono stati rilevati utilizzando il telescopio spaziale Hubble della NASA e l’Osservatorio a raggi X Chandra.

Questi buchi neri, sepolti in profondità all’interno di una coppia di galassie in collisione, sono alimentati da gas e polvere in caduta, che li fanno brillare intensamente come nuclei galattici attivi (AGN).

Questa coppia di AGN è la più vicina rilevata nell’universo locale utilizzando osservazioni a più lunghezze d’onda (luce visibile e raggi X).

Le binarie AGN come questa erano probabilmente più comuni nell’universo primordiale, quando le fusioni di galassie erano più frequenti.

Questa scoperta offre uno sguardo ravvicinato unico a un esemplare vicino, situato a circa 800 milioni di anni luce di distanza.

La scoperta è stata fortuita. L’imaging ad alta risoluzione di Hubble ha rivelato tre picchi di diffrazione ottica annidati all’interno della galassia ospite, indicando una grande concentrazione di ossigeno gassoso incandescente all’interno di un’area molto piccola. 

“Non ci aspettavamo di vedere qualcosa del genere”, ha detto Anna Trindade Falcão del Centro di Astrofisica | Harvard & Smithsonian di Cambridge.

“Questa vista non è un evento comune nell’universo vicino, e ci ha detto che c’è qualcos’altro che sta succedendo all’interno della galassia”.

I picchi di diffrazione sono artefatti di imaging causati quando la luce proveniente da una regione molto piccola nello spazio si piega attorno allo specchio all’interno dei telescopi.

Il team di Falcão ha poi esaminato la stessa galassia in luce a raggi X utilizzando l’osservatorio Chandra per perforare ciò che sta accadendo.

“Quando abbiamo esaminato MCG-03-34-64 nella banda dei raggi X, abbiamo visto due potenti sorgenti separate di emissione ad alta energia coincidenti con i punti ottici luminosi di luce visti con Hubble. Abbiamo messo insieme questi pezzi e abbiamo concluso che probabilmente stavamo guardando due buchi neri supermassicci ravvicinati”, ha detto Falcão.

Per supportare la loro interpretazione, i ricercatori hanno utilizzato i dati radio d’archivio del Karl G. Jansky Very Large Array vicino a Socorro, nel New Mexico.

L’energico duo di buchi neri emette anche potenti onde radio. “Quando si vede la luce brillante nelle lunghezze d’onda ottiche, nei raggi X e nelle lunghezze d’onda radio, molte cose possono essere escluse, lasciando la conclusione che queste possono essere spiegate solo come buchi neri vicini. Quando metti insieme tutti i pezzi, ti dà l’immagine del duo AGN”, ha detto Falcão.

La terza fonte di luce brillante vista da Hubble è di origine sconosciuta e sono necessari ulteriori dati per comprenderla.

Potrebbe trattarsi di gas che viene sconvolto dall’energia di un getto di plasma ad altissima velocità sparato da uno dei buchi neri, come un flusso d’acqua da un tubo da giardino che esplode in un mucchio di sabbia.

“Non saremmo in grado di vedere tutte queste complessità senza l’incredibile risoluzione di Hubble”, ha detto Falcão.

I due buchi neri supermassicci erano un tempo al centro delle rispettive galassie ospiti.

Una fusione tra le galassie ha portato i buchi neri a stretto contatto. Continueranno ad avvicinarsi a spirale fino a fondersi – forse in 100 milioni di anni – scuotendo il tessuto dello spazio e del tempo sotto forma di onde gravitazionali.

Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) della National Science Foundation ha rilevato onde gravitazionali da dozzine di fusioni tra buchi neri di massa stellare.

Ma le lunghezze d’onda più lunghe risultanti da una fusione di buchi neri supermassicci sono al di là delle capacità di LIGO.

Il rivelatore di onde gravitazionali di prossima generazione, chiamato missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna), sarà costituito da tre rivelatori nello spazio, separati da milioni di chilometri, per catturare queste onde gravitazionali a lunghezza d’onda più lunga dallo spazio profondo.

L’ESA (Agenzia Spaziale Europea) sta guidando questa missione, in collaborazione con la NASA e altre istituzioni partecipanti, con un lancio previsto per la metà degli anni 2030.