Immagine dalla simulazione Romulus raffigurante la rete di strutture che si assemblano su scale intergalattiche, rivelando dove si formano le galassie che ospitano i buchi neri. Le galassie più massicce che ospitano buchi neri più massicci tendono a vivere in regioni più calde (rosse), mentre le galassie di massa inferiore vivono in regioni più fredde (blu) e ospitano buchi neri più piccoli. Credito:Università di Yale
Alcune relazioni sono scritte nelle stelle. Questo è sicuramente il caso dei buchi neri supermassicci e delle loro galassie ospiti, secondo un nuovo studio della Yale University.
La "relazione speciale" tra i buchi neri supermassicci (SMBH) e i loro ospiti - qualcosa che astronomi e fisici hanno osservato per un po' di tempo - può ora essere intesa come un legame che inizia presto nella formazione di una galassia e ha voce in capitolo su come sia la galassia e la SMBH al suo centro crescono nel tempo, notano i ricercatori.
Un buco nero è un punto nello spazio in cui la materia è stata compattata così strettamente da creare un'intensa gravità. Questa gravità è abbastanza forte che nemmeno la luce può sfuggire alla sua attrazione. I buchi neri possono essere piccoli come un singolo atomo o grandi come miliardi di miglia di diametro. I più grandi sono chiamati buchi neri "supermassicci" e hanno masse pari a quelle di milioni, o addirittura miliardi, di soli.
Le SMBH si trovano spesso al centro di grandi galassie, compresa la nostra galassia, la via Lattea. Sebbene in teoria si prevedesse l'esistenza di SMBH, i primi accenni osservativi sono stati rilevati negli anni '60; all'inizio di quest'anno, l'Event Horizon Telescope ha rilasciato la prima sagoma di un buco nero nella galassia Messier 87. Gli astrofisici continuano a teorizzare sulle origini dei buchi neri, come crescono e brillano, e come interagiscono con le galassie ospiti in diversi ambienti astronomici.
"C'è stata molta incertezza riguardo alla connessione SMBH-galassia, in particolare se la crescita di SMBH fosse più strettamente connessa al tasso di formazione stellare o alla massa della galassia ospite, ", ha detto l'astrofisico di Yale Priyamvada Natarajan, ricercatore senior del nuovo studio, che appare sul giornale Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . "Questi risultati rappresentano la prova teorica più completa per il primo:il tasso di crescita dei buchi neri sembra essere strettamente accoppiato al tasso con cui le stelle si formano nell'ospite".
Natarajan ha dato contributi significativi alla nostra comprensione della formazione, assemblea, e crescita delle PMI, rispetto ai loro dintorni. Il suo lavoro parla della questione di fondo se queste connessioni siano mere correlazioni o segni di causalità più profonda.
Natarajan e il suo team, il primo autore Angelo Ricarte e Michael Tremmel di Yale e Thomas Quinn dell'Università di Washington, hanno utilizzato sofisticati set di simulazioni per fare la scoperta. detto Romolo, la simulazione cosmologica segue l'evoluzione di diverse regioni dell'universo da subito dopo il Big Bang fino ai giorni nostri e comprende migliaia di galassie simulate che risiedono in un'ampia varietà di ambienti cosmici.
Le simulazioni di Romulus offrono l'istantanea a più alta risoluzione della crescita del buco nero, fornendo una visione completamente emergente e più nitida di come i buchi neri crescono all'interno di una vasta gamma di galassie ospiti, dalle galassie più massicce situate al centro degli ammassi di galassie - regioni molto dense come i centri cittadini affollati - alle galassie nane molto più comuni che abitano i sobborghi più rade.
"In un momento in cui i driver della crescita del buco nero non sono chiari, queste simulazioni offrono un quadro semplice. Crescono semplicemente insieme alle stelle indipendentemente dalla massa della galassia, l'ambiente più ampio, o l'epoca cosmica, " disse Ricardo, un ex studente laureato di Natarajan che ora è un borsista post-dottorato ad Harvard.
Uno dei risultati più interessanti dello studio, Ricardo ha notato, ha a che fare con il modo in cui i più grandi buchi neri dell'universo interagiscono con le loro galassie ospiti nel tempo. I ricercatori hanno scoperto che le PMI e i loro ospiti crescono in tandem, e che il rapporto è "autocorrettivo, "indipendentemente dal tipo di ambiente in cui vivono.
"Se l'SMBH inizia a crescere troppo rapidamente e diventa troppo grande per la sua sede galattica, i processi fisici assicurano che la sua crescita rallenti rispetto alla galassia, " spiegò Tremmel. "D'altra parte, se la massa di SMBH è troppo piccola per la sua galassia, il tasso di crescita di SMBH aumenta rispetto alle dimensioni della galassia per compensare".
