Nella vicina galassia Whirlpool e nella sua galassia compagna, M51b, due buchi neri supermassicci si riscaldano e divorano il materiale circostante. Questi due mostri dovrebbero essere le sorgenti di raggi X più luminose in vista, ma un nuovo studio che utilizza le osservazioni della missione NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) della NASA mostra che un oggetto molto più piccolo è in competizione con i due colossi.

Le caratteristiche più sorprendenti della galassia Whirlpool, ufficialmente conosciuta come M51a, sono le due lunghe, "braccia" piene di stelle che si arricciano intorno al centro galattico come nastri. Il molto più piccolo M51b si aggrappa come un cirripede al bordo del Whirlpool. Collettivamente noto come M51, le due galassie si stanno fondendo.

Al centro di ogni galassia c'è un buco nero supermassiccio milioni di volte più massiccio del Sole. La fusione galattica dovrebbe spingere enormi quantità di gas e polvere in quei buchi neri e in orbita intorno a loro. A sua volta, l'intensa gravità dei buchi neri dovrebbe far riscaldare e irradiare quel materiale orbitante, formando dischi luminosi attorno a ciascuno che possono eclissare tutte le stelle nelle loro galassie.

Ma nessuno dei due buchi neri si sta irradiando così intensamente nella gamma dei raggi X come gli scienziati si aspetterebbero durante una fusione. Sulla base di precedenti osservazioni da satelliti che rilevano raggi X a bassa energia, come l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, gli scienziati credevano che strati di gas e polvere attorno al buco nero nella galassia più grande stessero bloccando l'emissione extra. Ma il nuovo studio, pubblicato in Giornale Astrofisico , ha utilizzato la visione a raggi X ad alta energia di NuSTAR per scrutare al di sotto di quegli strati e ha scoperto che il buco nero è ancora più debole del previsto.

"Sono ancora sorpreso da questa scoperta, " ha detto l'autore principale dello studio Murray Brightman, un ricercatore al Caltech di Pasadena, California. "Le fusioni galattiche dovrebbero generare la crescita di buchi neri, e la prova di ciò sarebbe una forte emissione di raggi X ad alta energia. Ma qui non lo vediamo".

Brightman pensa che la spiegazione più probabile sia che i buchi neri "sfarfallino" durante le fusioni galattiche piuttosto che irradiarsi con una luminosità più o meno costante durante tutto il processo.

"L'ipotesi dello sfarfallio è una nuova idea nel campo, " ha detto Daniel Stern, uno scienziato ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena e lo scienziato del progetto per NuSTAR. "Pensavamo che la variabilità del buco nero si verificasse su scale temporali di milioni di anni, ma ora stiamo pensando che quei tempi potrebbero essere molto più brevi. Capire quanto è breve un'area di studio attivo."

Piccolo ma brillante

Insieme ai due buchi neri che irradiano meno di quanto previsto dagli scienziati in M51a e M51b, il primo ospita anche un oggetto che è milioni di volte più piccolo di entrambi i buchi neri, ma brilla con uguale intensità. I due fenomeni non sono collegati, ma creano un sorprendente paesaggio a raggi X in M51.

La piccola sorgente di raggi X è una stella di neutroni, una pepita di materiale incredibilmente densa rimasta dopo che una stella massiccia è esplosa alla fine della sua vita. Una tipica stella di neutroni ha un diametro centinaia di migliaia di volte più piccolo del Sole, largo solo quanto una grande città, eppure ha una massa da una a due volte. Un cucchiaino di materiale per stelle di neutroni peserebbe più di 1 miliardo di tonnellate.

Nonostante le loro dimensioni, le stelle di neutroni spesso si manifestano attraverso intense emissioni di luce. La stella di neutroni trovata in M51 è persino più luminosa della media e appartiene a una classe di recente scoperta nota come stelle di neutroni ultraluminose. Brightman ha affermato che alcuni scienziati hanno proposto che i forti campi magnetici generati dalla stella di neutroni potrebbero essere responsabili dell'emissione luminosa; un precedente articolo di Brightman e colleghi su questa stella di neutroni supporta tale ipotesi. Alcuni degli altri luminosi, anche le sorgenti di raggi X ad alta energia viste in queste due galassie potrebbero essere stelle di neutroni.