Il telescopio Roman individuerà buchi neri lontani che distruggono le stelle

I buchi neri supermassicci al centro delle galassie possono essere mangiatori disordinati. A volte, quando una stella errante si avvicina troppo, viene lacerata prima di essere consumata. Nel processo, la regione intorno al buco nero si illumina e potrebbe oscurare l’intera galassia. In questo modo, buchi neri altrimenti nascosti diventano rilevabili. Una volta che sarà lanciato già il 30 agosto 2026, si prevede che il Nancy Grace Roman Space Telescope osserverà fino a 100 di questi eventi che distruggono le stelle. Questi dati porteranno a una nuova comprensione di come si sono formati i buchi neri supermassicci, e di come crescono ed evolvono.

Come si formano e crescono i buchi neri al centro delle galassie nel tempo? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati devono rilevare e studiare buchi neri supermassicci a grandi distanze, che esistevano molto prima nella storia dell’universo.

Nuove ricerche suggeriscono che il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, che è in corsa di essere lanciato il 30 agosto 2026, sarà in grado di rilevare questi lontani e antichi buchi neri che esistevano fino a 11 miliardi di anni fa.

I buchi neri si studiano meglio cercando la luce emessa dal loro disco di accrescimento — la materia che vortica intorno a loro prima di essere consumata.

I buchi neri supermassicci più leggeri sono difficili da osservare perché tendono a essere meno luminosi a causa di una minore accrezione.

Ma occasionalmente, distruggono e consumano un’intera stella, illuminandosi fino a superare l’intera galassia ospite — noto come evento di interruzione delle maree (TDE). Caratterizzando quella popolazione di primi buchi neri supermassicci e come si evolvono e crescono per miliardi di anni, Roman fornirà indizi sull’origine ultima di questi colossi.

“Il Roman Space Telescope sarà trasformativo per la scienza transitoria”, ha dichiarato l’autore principale Mitchell Karmen della Johns Hopkins University, studente laureato e National Science Foundation Graduate Research Fellow. “Grazie all’alta sensibilità di Roman, possiamo trovare molteplici eventi di interruzione delle maree a distanze maggiori e tempi cosmici più antichi che mai.”

Un articolo su questa ricerca è stato pubblicato martedì su

Gli eventi di interruzione delle maree sono fenomeni unici dei buchi neri supermassicci più leggeri. I buchi neri più robusti, con un peso superiore a 1 miliardo di Soli, inghiotteranno intere le stelle in arrivo.ù

Ma buchi neri più chiari, di circa 100.000-100 milioni di Soli, possono distruggere una stella prima di consumarla, creando un faro che si illumina nel corso di un paio di settimane prima di svanire gradualmente.

La velocità dei TDE fluttua nel tempo cosmico. Lavori precedenti prevedevano che la velocità dei TDE sarebbe diminuita con l’aumento della distanza perché la maggior parte dei giovani buchi neri era troppo leggera per generare una TDE.

Tuttavia, questa nuova ricerca tiene conto di numerosi fattori che si evolvono nel tempo, come la frequenza delle fusioni delle galassie (e quindi dei buchi neri), nonché il numero di stelle all’interno del nucleo di ciascuna galassia e quanto sono compatte.

Karmen e i suoi colleghi modellarono questi e altri effetti per prevedere quanti eventi di interruzione delle maree Roman potesse osservare, così come altri osservatori come la National Science Foundation-Department of Energy a terra, basata su terra Osservatorio Vera C. Rubin e quella della NASA Telescopio Spaziale James Webb.

Il team prevede che gli astronomi vedranno aumentare il tasso dei TDEs man mano che Roman sonderà distanze maggiori e in tempi precedenti fino a “Mezzogiorno Cosmico,” circa 11-12 miliardi di anni fa, quando la formazione stellare raggiunse il picco in tutto l’universo, prima di diminuire nuovamente.

Roman osserva lunghezze d’onda della luce nel vicino infrarosso. La luce proveniente da TDEs lontani viene allungata a lunghezze d’onda più lunghe dall’espansione dell’universo, un fenomeno noto come Redshift cosmologico.

 Di conseguenza, Roman è intrinsecamente ottimizzato per rilevare TDEs la cui luce ha viaggiato da 8 a 11 miliardi di anni per raggiungerci.

L’Osservatorio Rubin scansionerà anche vaste aree del cielo e rileverà molti nuovi TDE. Tuttavia, osserva la luce visibile, il che la limita a TDEs più vicini rispetto ai Roman.

La ricerca del team di Karmen rileva che Rubin rileverà da migliaia a decine di migliaia di TDEs all’anno. Sebbene Roman sia previsto che trovi fino a 100 TDEs all’anno, quei buchi neri saranno molto più lontani, all’interno dell’ambito della storia cosmica che è più importante per distinguere gli scenari di origine dei buchi neri.

“Bastando il numero di TDE in funzione dello spostamento verso il rosso, si possono imporre vincoli significativi sulla popolazione di buchi neri da milioni di massa solare”, ha detto la coautrice Suvi Gezari, professoressa associata di astronomia all’Università del Maryland.

“Roman sarà trasformativo perché può sondare gli eventi di disturbo delle maree a distanze maggiori, così puoi osservare come evolve il tasso dei TDE nel tempo.”

Gli astronomi hanno osservato buchi neri veramente giganteschi molto presto nella storia dell’universo — così presto che le teorie faticano a spiegare come abbiano potuto diventare così grandi e così rapidamente.

Devono essere iniziati più piccoli e crescere col tempo, ma quanto più piccoli?

Una teoria, nota come “semi di luce”, inizia con i buchi neri creati dalla morte di stelle massicce. Tali buchi neri potrebbero pesare fino a qualche centinaio di volte il nostro Sole.

Questi buchi neri si fonderebbero poi nel tempo, consumando il gas circostante a un ritmo sorprendente. In questo scenario, ogni giovane galassia dovrebbe avere un enorme buco nero al centro.

Una seconda teoria, nota come “semi pesanti”, suggerisce che un buco nero possa nascere con una massa molto più alta, fino a un milione di volte il nostro Sole, attraverso un processo come il collasso diretto di una nube di gas.

Questo processo dovrebbe essere meno comune, il che renderebbe i buchi neri supermassicci molto più rari nelle galassie primitive.

“Gli eventi di disturbo delle maree ci aiutano a sondare la popolazione di buchi neri supermassicci di luce, il che può aiutarci a distinguere tra questi modelli”, ha detto Karmen.

In definitiva, il conteggio degli eventi di disgregazione delle maree di Roman aiuterà i ricercatori a tracciare gli effetti globali che influenzano la popolazione dei buchi neri nel tempo.

Una volta che Roman e Rubin inizieranno le normali operazioni scientifiche, il team attende con interesse di confrontare le loro previsioni con le rilevazioni effettive effettuate da quegli osservatori.

“Proprio come Webb ha trasformato la nostra comprensione delle galassie lontane ad alto redshift, Roman è pronto a trasformare la nostra comprensione dei transitori ad alto redshift,” ha detto Gezari.