Hubble individua un enorme buco nero vagante

In agguato a 600 milioni di anni luce di distanza, tra le profondità nere come l’inchiostro, tra le stelle, c’è un mostro invisibile che inghiotte qualsiasi stella vagante che precipita verso di lui.

 

 

 

Come in una scena di un film di fantascienza, gli astronomi che utilizzano i telescopi della NASA hanno trovato “uo squalo spaziale”.

In agguato a 600 milioni di anni luce di distanza, tra le profondità nere come l’inchiostro, tra le stelle, c’è un mostro invisibile che inghiotte qualsiasi stella vagante che precipita verso di lui.

Il subdolo buco nero ha tradito la sua presenza in un evento di distruzione mareale (TDE) recentemente identificato, in cui una stella sfortunata è stata fatta a pezzi e inghiottita in una spettacolare esplosione di radiazioni.

Questi eventi di distruzione sono potenti sonde della fisica dei buchi neri, che rivelano le condizioni necessarie per il lancio di getti e venti quando un buco nero sta consumando una stella, e sono visti come oggetti luminosi dai telescopi.

Il nuovo TDE, chiamato AT2024tvd, ha permesso agli astronomi di individuare un buco nero supermassiccio errante utilizzando il telescopio spaziale Hubble della NASA, con osservazioni simili del Chandra X-Ray Observatory della NASA e del telescopio NRAO Very Large Array che hanno anche mostrato che il buco nero è sfalsato rispetto al centro della galassia.

L’articolo sarà pubblicato in un prossimo numero di The Astrophysical Journal Letters.

Sorprendentemente, questo buco nero di un milione di masse solari non risiede esattamente al centro della galassia ospite, dove i buchi neri supermassicci si trovano di solito, e divora attivamente il materiale circostante.

Su circa 100 eventi TDE registrati finora dalle indagini ottiche del cielo, questa è la prima volta che è stato identificato un TDE offset. Il resto è associato ai buchi neri centrali delle galassie.

Infatti, al centro della galassia ospite c’è un altro buco nero supermassiccio che pesa 100 milioni di volte la massa del Sole.

La precisione ottica di Hubble mostra che il TDE era a soli 2.600 anni luce dal buco nero più massiccio al centro della galassia. Questo è solo un decimo della distanza tra il nostro Sole e il buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea.

Questo buco nero più grande emette energia mentre accresce il gas in caduta ed è classificato come un nucleo galattico attivo.

Stranamente, i due buchi neri supermassicci coesistono nella stessa galassia, ma non sono legati gravitazionalmente l’uno all’altro come una coppia binaria.

Il buco nero più piccolo potrebbe eventualmente spiraleggiare al centro della galassia per fondersi con il buco nero più grande. Ma per ora, è troppo distante per essere legato gravitazionalmente.

Un TDE si verifica quando una stella cadente viene allungata o “spaghettificata” dalle immense forze di marea gravitazionali di un buco nero.

I resti stellari triturati vengono attirati in un’orbita circolare attorno al buco nero. Questo genera urti e deflussi con temperature elevate che possono essere viste in luce ultravioletta e visibile.

“AT2024tvd è il primo TDE offset catturato dalle survey ottiche del cielo e apre l’intera possibilità di scoprire questa sfuggente popolazione di buchi neri vaganti con future survey del cielo”, ha detto l’autore principale dello studio Yuhan Yao dell’Università della California a Berkeley.

“In questo momento, i teorici non hanno prestato molta attenzione ai TDE di compensazione. ” Penso che questa scoperta motiverà gli scienziati a cercare altri esempi di questo tipo di evento”.

Un lampo nella notte

Il buco nero si è rivelato quando diversi telescopi terrestri hanno osservato un brillamento luminoso come una supernova. Ma a differenza di una supernova, gli astronomi sanno che questa proveniva da un buco nero che faceva uno spuntino su una stella perché il brillamento era molto caldo e mostrava ampie linee di emissione di idrogeno, elio, carbonio, azoto e silicio. La Zwicky Transient Facility dell’Osservatorio Palomar del Caltech, con il suo telescopio da 1,2 metri che osserva l’intero cielo settentrionale ogni due giorni, ha osservato per la prima volta l’evento.

“Gli eventi di distruzione mareale sono molto promettenti per illuminare la presenza di buchi neri massicci che altrimenti non saremmo in grado di rilevare”, ha detto Ryan Chornock, professore associato presso l’UC Berkeley e membro del team ZTF. “I teorici hanno previsto che deve esistere una popolazione di buchi neri massicci situati lontano dai centri delle galassie, ma ora possiamo usare i TDE per trovarli”.

Il brillamento è stato apparentemente spostato dal centro di una galassia massiccia e luminosa, come catalogato da Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), Sloan Digital Sky Survey e DESI Legacy Imaging Survey. Per determinare meglio che non si trovava al centro galattico, il team di Yao ha utilizzato l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA per confermare che anche i raggi X provenienti dal sito del brillamento erano sfalsati.

C’è voluta la forza risolutiva di Hubble per risolvere ogni incertezza. La sensibilità di Hubble alla luce ultravioletta gli consente anche di individuare la posizione del TDE, che è molto più blu rispetto al resto della galassia.

Origine Sconosciuta

Il buco nero responsabile del TDE si aggira all’interno del rigonfiamento della massiccia galassia.

Il buco nero diventa evidente solo ogni poche decine di migliaia di anni, quando “rutta” dopo aver catturato una stella, e poi torna a calmarsi fino a quando non arriva il suo prossimo pasto.

Come ha fatto il buco nero a decentrarsi? Precedenti studi teorici hanno dimostrato che i buchi neri possono essere espulsi dai centri delle galassie a causa delle interazioni tra tre corpi, in cui il membro di massa più bassa viene espulso.

Questo potrebbe essere il caso, qui, data la vicinanza del buco nero furtivo al buco nero centrale.

“Se il buco nero ha subito una tripla interazione con altri due buchi neri nel nucleo della galassia, può ancora rimanere legato alla galassia, orbitando attorno alla regione centrale”, ha detto Yao.

Una spiegazione alternativa è che il buco nero sia il resto sopravvissuto di una galassia più piccola che si è fusa con la galassia ospite più di 1 miliardo di anni fa.

Se questo è il caso, il buco nero potrebbe eventualmente fondersi a spirale con il buco nero attivo centrale in un futuro molto lontano. Quindi, al momento, gli astronomi non sanno se sta arrivando o andando.

Erica Hammerstein, un’altra ricercatrice post-dottorato dell’UC Berkeley, ha esaminato le immagini di Hubble come parte dello studio, ma non ha trovato alcuna prova di una fusione di galassie passata.

Ma ha spiegato: “Ci sono già buone prove che le fusioni di galassie aumentano i tassi di TDE, ma la presenza di un secondo buco nero nella galassia ospite di AT2024tvd significa che ad un certo punto nel passato di questa galassia, deve essere avvenuta una fusione”.

Specializzati per diversi tipi di luce, osservatori come Hubble e Chandra lavorano insieme per individuare e comprendere meglio eventi fugaci come questi.

I futuri telescopi che saranno ottimizzati per catturare eventi transitori come questo includono il Vera C. Rubin Observatory della National Science Foundation e il prossimo Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA. Forniranno maggiori opportunità per le osservazioni di Hubble di follow-up per concentrarsi sulla posizione esatta di un transiente.

Disegni: NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)