Il telescopio spaziale a raggi X dell'ESA XMM-Newton ha rilevato brillamenti periodici mai visti prima di radiazioni a raggi X provenienti da una galassia lontana che potrebbero aiutare a spiegare alcuni comportamenti enigmatici dei buchi neri attivi.

XMM-Newton, il più potente osservatorio a raggi X, scoperto alcuni misteriosi lampi dal buco nero attivo al centro della galassia GSN 069, distante circa 250 milioni di anni luce. Il 24 dicembre 2018, la sorgente è stata vista aumentare improvvisamente la sua luminosità fino a un fattore 100, poi è tornato ai suoi livelli normali entro un'ora e si è riacceso nove ore dopo.

"Era del tutto inaspettato, "dice Giovanni Miniutti, del Centro de Astrobiologia di Madrid, Spagna, autore principale di un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Natura oggi.

"Buchi neri giganti tremolano regolarmente come una candela ma il rapido, ripetere i cambiamenti visti in GSN 069 da dicembre in poi è qualcosa di completamente nuovo."

Ulteriori osservazioni, eseguita con XMM-Newton e con l'osservatorio a raggi X Chandra della NASA nei due mesi successivi, ha confermato che il buco nero distante stava ancora mantenendo il ritmo, emettendo raffiche quasi periodiche di raggi X ogni nove ore. I ricercatori chiamano il nuovo fenomeno "eruzioni quasi periodiche, " o QPE.

"L'emissione di raggi X proviene da materiale che viene accumulato nel buco nero e si riscalda nel processo, " spiega Giovanni.

"Ci sono vari meccanismi nel disco di accrescimento che potrebbero dare origine a questo tipo di segnale quasi periodico, potenzialmente legato a instabilità nel flusso di accrescimento vicino al buco nero centrale.

"In alternativa, le eruzioni potrebbero essere dovute all'interazione del materiale del disco con un secondo corpo, un altro buco nero o forse il residuo di una stella precedentemente distrutta dal buco nero".

Sebbene mai osservato prima, Giovanni e colleghi pensano che razzi periodici come questi potrebbero effettivamente essere abbastanza comuni nell'Universo.

È possibile che il fenomeno non fosse stato identificato prima perché la maggior parte dei buchi neri nei nuclei di galassie lontane, con masse da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole, sono molto più grandi di quello in GSN 069, che è solo circa 400 000 volte più massiccio del nostro Sole.

Più grande e massiccio è il buco nero, più lente sono le fluttuazioni di luminosità che può visualizzare, quindi un tipico buco nero supermassiccio erutterebbe non ogni nove ore, ma ogni pochi mesi o anni. Ciò renderebbe improbabile il rilevamento poiché le osservazioni raramente coprono periodi di tempo così lunghi.

E c'è di più. Eruzioni quasi periodiche come quelle trovate in GSN 069 potrebbero fornire un quadro naturale per interpretare alcuni schemi sconcertanti osservati in una frazione significativa di buchi neri attivi, la cui luminosità sembra variare troppo velocemente per essere facilmente spiegata dagli attuali modelli teorici.

"Sappiamo di molti buchi neri massicci la cui luminosità aumenta o decade per fattori molto grandi entro giorni o mesi, mentre ci aspetteremmo che varino a un ritmo molto più lento, "dice Giovanni.

"Ma se parte di questa variabilità corrisponde alle fasi di salita o di decadimento di eruzioni simili a quelle scoperte in GSN 069, poi la rapida variabilità di questi sistemi, che appare attualmente irrealizzabile, potrebbe naturalmente essere giustificato. Nuovi dati e ulteriori studi diranno se questa analogia è davvero valida".

Le eruzioni quasi periodiche individuate in GSN 069 potrebbero anche spiegare un'altra intrigante proprietà osservata nell'emissione di raggi X da quasi tutti i luminosi, buchi neri supermassicci in accrescimento:il cosiddetto "eccesso morbido".

Consiste in una maggiore emissione a basse energie dei raggi X, e non c'è ancora consenso su cosa lo causi, con una delle principali teorie che invoca una nuvola di elettroni riscaldata vicino al disco di accrescimento.

Come buchi neri simili, GSN 069 exhibits such a soft X-ray excess during bursts, but not between eruptions.

"We may be witnessing the formation of the soft excess in real time, which could shed light on its physical origin, " says co-author Richard Saxton from the XMM-Newton operation team at ESA's astronomy centre in Spain.

"How the cloud of electrons is created is currently unclear, but we are trying to identify the mechanism by studying the changes in the X-ray spectrum of GSN 069 during the eruptions."

The team is already trying to pinpoint the defining properties of GSN 069 at the time when the periodic eruptions were first detected to look for more cases to study.

"One of our immediate goals is to search for X-ray quasi-periodic eruptions in other galaxies, to further understand the physical origin of this new phenomenon, " adds co-author Margherita Giustini of Madrid's Centro de Astrobiología.

"GSN 069 is an extremely fascinating source, with the potential to become a reference in the field of black hole accretion, "dice Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton project scientist.

The discovery would not have been possible without XMM-Newton's capabilities.

"These bursts happen in the low energy part of the X-ray band, where XMM-Newton is unbeatable. We will certainly need to use the observatory again if we want to find more of these kinds of events in the future, "conclude Norberto.

"Nine-hour X-ray quasi-periodic eruptions from a low-mass black hole galactic nucleus, " by G. Miniutti et al., è pubblicato in Natura .