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Giganti buchi neri che danzano nell’oscurità

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Individuato un sistema di giganti buchi neri danzanti. Le loro orbite sono così vicine che la coppia tende a fondersi in un unico corpo celeste.

I buchi neri supermassicci possiedono una massa da milioni a miliardi di volte superiore quella del Sole e si trovano nel centro della maggior parte delle galassie. Da sempre gli astronomi si domandano come questi oggetti celesti nascano; si ritiene che siano il risultato della fusione tra due buchi neri più piccoli, ma fino ad oggi non si erano riscontrate prove che potessero confermare una simile ipotesi.

Animazione artistica loopable di due buchi neri supermassicci che “danzano” l’uno intorno all’altro. L’immagine mostra come il buco nero più massiccio, centinaia di milioni di volte la massa del Sole, stia sparando un getto che cambia nella sua luminosità apparente mentre i due si girano intorno. Gli astronomi hanno individuato questo scenario in un quasar chiamato PKS 2131-021, dopo aver analizzato 45 anni di osservazioni radio che mostrano che il sistema si attenua e si illumina periodicamente. Si pensa che il modello ciclico osservato sia causato dal movimento orbitale del getto.
Credit: Caltech / R. Hurt (IPAC)

Uno studio, pubblicato recentemente in The Astrophysical Journal Letters, potrebbe però cambiare le cose. Alcuni ricercatori della NASA hanno osservato un buco nero supermassiccio che sembra avere un compagno che gli orbita intorno. Questo sistema rotante viene chiamato “buco nero binario”, ed è costituito da, appunto, buchi neri che orbitano molto vicini l’uno all’altro.

Il diametro dell’orbita tra i due buchi neri risulta essere dalle 10 alle 100 volte più piccolo dell’unico altro “binario supermassiccio” già osservato (GW150914) e si prevede che la coppia si fonderà in circa 10.000 anni. In pratica, questi due buchi neri sono sulla strada della collisione per circa il 99%.

I dati per questo studio sono stati raccolti dagli astronomi Joseph Lazio e l’italiano Michele Vallisneri, del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, dove i due scienziati hanno analizzato il comportamento dei due buchi neri e cercato di interpretare le emissioni radio trasmesse.

Getti di blazar

Il buco nero binario individuato potrebbe avere un blazar, denominato PKS 2131-021. Un blazar è una sorgente altamente energetica e molto compatta, associata ai buchi neri supermassicci. Infatti, quest’ultimi non emettono luce, ma la loro forza di gravità può attrarre dischi di gas molto caldo, che incominciano a espellere materiale luminoso nello spazio circostante. Tali getti di energia possono estendersi per milioni di anni luce.

Animazione artistica di un buco nero supermassiccio circondato da un disco rotante di gas e polvere. L’immagine mostra come il buco nero sta sparando un getto relativistico, che viaggia quasi alla velocità della luce.
Credit: Caltech/R. Ferito (IPAC)

PKS 2131-021 è situato a circa 9 miliardi di anni luce dalla Terra, ed è uno dei 1.800 blazar monitorati dall’Owens Valley Radio Observatory. Questo blazar presenta però un anomalo comportamento: la sua luminosità mostra uno schema regolare come quello di un orologio svizzero.

Gli astronomi dello studio credono che questa regolarità sia dovuta alla presenza dei buchi neri che ruotano insieme. Per conferma questa ulteriore ipotesi, si sta cercando di rilevare le onde gravitazionali provenienti dal sistema.

Grafico di tre serie di osservazioni radio del quasar PKS 2131-02, raccolte per 45 anni. I dati dell’Owens Valley Radio Observatory (OVRO) sono segnati in blu; quelli dell’University of Michingan Radio Astronomical Observatory (UMRAO) in marrone; e quelli del Haystack Observatory in verde. Le osservazioni corrispondono a una semplice onda sinusoidale, indicata in blu. Gli astronomi ritengono che il modello dell’onda sinusoidale sia causato da due buchi neri supermassicci nel cuore del quasar che orbitano l’uno attorno all’altro ogni due anni. Uno dei buchi neri emette un getto relativistico che si attenua e si illumina periodicamente. Si noti che i dati di OVRO e UMRAO corrispondono al picco nel 2010 e i dati UMRAO e Haystack corrispondono al picco nel 1981. Le grandezze dei picchi osservati intorno al 1980 sono due volte più grandi di quelle osservate in tempi recenti, presumibilmente perché più materiale stava precipitando verso il buco nero per poi essere espulso.
Credit: Tony Readhead/Caltech

La ricerca sui buchi neri binari e i blazar vanno avanti da moltissimo tempo.

«Ci sono voluti 45 anni di osservazioni per ottenere i risultati che abbiamo oggi», afferma Joseph Lazio, «La nostra ricerca è incominciata nel 2016. Da quel momento, il nostro team ha raccolto i dati settimana dopo settimana, mese dopo mese, per riuscire a dare una prima preliminare risposta all’origine dei buchi neri supermassicci. Questo lavoro è una testimonianza dell’importanza della perseveranza».

Fonti:

Release: https://www.jpl.nasa.gov/news/astronomers-find-two-giant-black-holes-spiraling-toward-a-collision?utm_source=iContact&utm_medium=email&utm_campaign=nasajpl&utm_content=daily20220224-1

The Astrophysical Journal Letters (February 2022): “The Unanticipated Phenomenology of the Blazar PKS 2131-021: A Unique Super-Massive Black hole Binary Candidate” was funded by Caltech, the Max Planck Institute for Radio Astronomy, NASA, National Science Foundation (NSF), the Academy of Finland, the European Research Council, ANID-FONDECYT (Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo-Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico in Chile), the Natural Science and Engineering Council of Canada, the Foundation for Research and Technology – Hellas in Greece, the Hellenic Foundation for Research and Innovation in Greece, and the University of Michigan. Other Caltech authors include Tim Pearson, Vikram Ravi, Kieran Cleary, Matthew Graham, and Tom Prince. Other authors from the Jet Propulsion Laboratory, which is managed by Caltech for NASA, include Michele Vallisneri and Joseph Lazio.

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