I buchi neri sono gli ultimi pozzi spazio-temporali nell’universo. Tutto ciò che va troppo vicino a uno di questi mostri viene risucchiato, per non essere mai più visto. Ciò include nubi di gas e polvere provenienti dalle stelle vicine. Tutto scompare nelle insaziabili fauci del buco nero. Tuttavia, non tutto è perduto. Mentre il buco nero si nutre del banchetto fornito dai suoi vicini, emette bagliori luminosi di raggi X. In alcuni punti, la luce rimbalza sul treno di materiale che si muove a spirale nel buco nero. Questo crea ciò che gli astronomi chiamano eco di un buco nero. Ora, i ricercatori hanno trovato otto di questi sistemi relativamente vicini a noi nella Via Lattea.
Noi sulla Terra abbiamo familiarità con tipi simili di echi. Gli automobilisti che ottengono multe per eccesso di velocità scoprono in prima persona come gli agenti di polizia usano gli echi radar per misurare la velocità di un veicolo. In natura, i pipistrelli emettono strilli acuti che rimbalzano sulle pareti delle caverne, sugli alberi e sulle case. Gli echi dei suoi strilli danno al pipistrello una buona idea di quanto siano lontani gli ostacoli sulla sua traiettoria di volo.
Nello spazio profondo, nei binari a raggi X si verifica un’eco di buco nero. Queste curiose coppie contengono un buco nero e una stella orbitante. Il buco nero, con la sua maggiore attrazione gravitazionale, aspira gas e polvere dalla stella. Quel materiale entra a spirale nel buco nero e si riscalda. Alla fine, questa azione crea uno “stridio” di raggi X. Quel lampo di luce energica rimbalza su qualsiasi nuvola di gas e polvere nelle vicinanze. Il “rimbalzo” è l’eco di un buco nero. Gli astronomi usano l’eco per misurare la distanza tra la corona di un buco nero e il suo disco di accrescimento (che contiene il materiale in entrata).
Trovare echi di buchi neri
Un tempo, si pensava che questi sistemi echeggianti fossero piuttosto rari. Ci sono decine di milioni di buchi neri nella Via Lattea. Tuttavia, gli astronomi conoscevano solo due produttori di echi di buchi neri. La situazione è cambiata quando un team del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha utilizzato uno strumento di ricerca automatizzato per trovarne altri. Soprannominata la “Macchina del riverbero”, ha setacciato enormi quantità di dati dalla stella di neutroni Interior Composition Explorer (NICER) della NASA. Cerca oggetti a raggi X a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. L’algoritmo ha trovato 26 coppie binarie di raggi X di buchi neri. Dieci di questi sistemi sono relativamente vicini al sistema solare. Otto di questi si sono rivelati produttori di eco di buchi neri.
Questi lampi a raggi X danno agli astronomi una buona visione degli oggetti nei binari. “I buchi neri hanno una massa da cinque a 15 volte la massa del Sole“, ha affermato Jingyi Wang, studente laureato del MIT. Ha anche notato che questi sistemi binari contengono tutti stelle normali di piccola massa come il Sole.
Erin Kara, assistente professore di fisica al MIT e coautrice di uno studio pubblicato il 2 maggio sull’Astrophysical Journal, afferma che questi echi di luce forniscono nuove importanti informazioni non solo sull’ambiente circostante, ma sui processi negli stessi buchi neri. “Ora abbiamo dimostrato che questi echi sono comunemente osservati e siamo in grado di sondare le connessioni tra il disco, il getto e la corona di un buco nero in un nuovo modo“, ha affermato in un comunicato stampa.
Gli echi del buco nero binario a raggi X provengono apparentemente dall’azione nella corona attorno al buco nero. Mentre il buco nero si nutre del materiale in entrata, la corona sembra espandersi verso l’esterno e verso l’alto mentre erutta un lampo di luce a raggi X finale. Poi, tutto si spegne e il buco nero tace.
Questi echi possono spiegare l’attività nei buchi neri più grandi?
Gli echi dei buchi neri nei binari vicini hanno implicazioni cosmiche. Potrebbero fornire indizi interessanti sul comportamento dei loro fratelli maggiori, i buchi neri supermassicci. Questi sono mostri situati nel cuore delle galassie e contengono milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Anche loro inviano enormi getti di materiale ad alta velocità attraverso milioni di anni luce di spazio. Potrebbe essere che attraversano processi simili a quelli dei loro fratellini nelle coppie binarie?
“Il ruolo dei buchi neri nell’evoluzione delle galassie è una questione importante nell’astrofisica moderna“, ha detto Kara. “È interessante notare che questi binari di buchi neri sembrano essere “mini” buchi neri supermassicci, e quindi comprendendo le esplosioni in questi piccoli sistemi vicini, possiamo capire come esplosioni simili nei buchi neri supermassicci influenzino le galassie in cui risiedono“.
La ricerca su questi echi di buchi neri binari a raggi X è stata supportata in parte dalla NASA. Il team di ricerca comprende Erin Kara, Jingyi Wang, Matteo Lucchini, Ron Remillard (tutti del MIT) e collaboratori del Caltech e di altre istituzioni.
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