Scoperti i buchi neri intermedi

Posted on aprile 30, 2010

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Nuove prove dal NASA Chandra X-ray Observatory e dall’ESA XMM-Newton rafforzano la tesi che due buchi neri di medie dimensioni esisterebbero vicino al centro di una galassia. Questi buchi neri eviterebbero di cadere nel centro della galassia e potrebbero essere necessari per la crescita di buchi neri supermassicci al centro delle galassie, compresa la Via Lattea.
Per diversi decenni, gli scienziati hanno sospettato la presenza di due classi distinte di buchi neri: i primi con una massa all’incirca dieci volte quella del Sole e i secondi, quelli supermassicci, che si trovano al centro delle galassie, che vanno da centinaia di migliaia a miliardi di masse solari.
Ma ciò ha lasciato un mistero irrisolto: esistono buchi neri che hanno una massa intermedia tra questi estremi?
Le prove dell’esistenza di questi oggetti sono state spesso controverse e fino ad ora non ci sono forti studi della presenza di più di un buco nero in un’unica galassia.

Recentemente, un team di ricercatori ha trovato le prove nei dati a raggi X della presenza di due buchi neri di medie dimensioni nella galassia M82 che si trova a 12 milioni di anni luce dalla Terra.
“Questa è la prima volta che vengono trovate le prove dell’esistenza di due buchi neri in un’unica galassia”, ha detto Feng Hua dell’Università Tsinghua in Cina. “La loro posizione vicino al centro della galassia potrebbe fornire indizi circa l’origine dei più grandi buchi neri dell’Universo, i buchi neri supermassicci che si trovano al centro di gran parte delle galassie”.
Un possibile meccanismo per la formazione di buchi neri supermassicci potrebbe essere una reazione a catena dopo la collisione di stelle in ammassi di stelle compatte, in modo da provocare la formazione di stelle estremamente massicce, che poi crollerebbero per formare dei buchi neri di massa intermedia. Gli ammassi stellari poi affonderebbero al centro della galassia, dove i buchi neri di massa intermedia si fonderebbero per formare un buco nero supermassiccio.
In questo quadro, gli ammassi che non sono stati abbastanza massicci o abbastanza vicini al centro della galassia per cadere all’interno, potrebbero sopravvivere, come farebbe qualsiasi buco nero che contengono.

“Non possiamo dire se questo processo si sia effettivamente verificato in M82, ma sappiamo che entrambi queste possibili buchi neri di medie dimensioni si trovano all’interno o nelle vicinanze di ammassi stellari”, ha detto Phil Kaaret presso la University of Iowa, che è co-autore di entrambi i documenti. “Inoltre, M82 è il luogo più vicino a noi, dove le condizioni sono simili a quelle di un universo, con un moltitudine di stelle in formazione”.
Le prove di questi due “superstiti” buchi neri ci viene fornita da come le loro emissioni di raggi X variano nel tempo e dall’analisi della loro luminosità dei raggi X e spettri, cioè, la distribuzione dell’energia dei raggi X

I dati di Chandra e XMM-Newton, dimostrano che l’emissione dei raggi X per uno di questi oggetti muta in modo distintivo come per i buchi neri di massa stellare che si trovano nella Via Lattea. Utilizzando queste informazioni e i modelli teorici, il team, ha stimato la massa di questo buco nero tra le 12.000 e le 43.000 volte la massa del sole. Questa massa è sufficientemente grande per generare copiose emissioni di raggi X attirando il gas direttamente dal suo ambiente, piuttosto che da una compagna binaria, come fanno i buchi neri di massa stellare.

Il buco nero si trova a una distanza di 290 anni luce dal centro di M82. Gli autori si chiedono se il buco nero è nato allo stesso tempo della galassia o è stato attirato nel centro della galassia dall’esterno. Ma potrebbe essere appena scampato dal cadere nel buco nero supermassiccio che presumibilmente è situato nel centro di M82.
Il secondo oggetto, situata a 600 anni luce di distanza dal centro di M82, è stato osservato sia dal Chandra che dal XMM-Newton. Durante le esplosioni di raggi X, le variazioni periodiche e casuali normalmente presenti scompaiono dando un forte indizio che un disco di gas caldo domina l’emissione di raggi X. Una misura dettagliata dei dati a raggi X indica che il disco si estende fino all’orbita più interna e stabile attorno al buco nero. Un comportamento simile è stato visto dai buchi neri di massa stellare nella nostra Galassia, ma questa è la prima individuazione di un candidato probabile di massa.

Il raggio dell’orbita stabile più interna dipende solo dalla massa e dalla rotazione del buco nero. Il modello migliore per l’emissione di raggi X implica la presenza di un buco nero in rapida rotazione con la massa nella gamma tra le 200 e le 800 volte quella del Sole. La massa è in accordo con le stime teoriche per un buco nero creato in un ammasso di stelle in fuga e con collisioni stellari.
“Questo risultato è uno dei più forti elementi di prova fino ad oggi per l’esistenza di un buco nero di massa intermedia”, ha detto Feng. I due documenti che descrivono i risultati esposti, sono recentemente apparsi sull’Astrophysical Journal. Il NASA Marshall Space Flight Center di Huntsville, Alabama, gestisce il programma Chandra del NASA Science Mission Directorate a Washington. La Smithsonian Astrophysical Observatory controlla Chandra e le operazioni di volo da Cambridge.

A cura di Arthur McPaul

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