Sembra che l'universo abbia uno strano senso dell'umorismo. Mentre un virus incrostato di corona ha calpestato il mondo, un'altra corona completamente diversa a circa 100 milioni di anni luce dalla Terra è misteriosamente scomparsa.

Per la prima volta, gli astronomi al MIT e altrove hanno osservato come la corona di un buco nero supermassiccio, l'ultraluminoso, anello di miliardi di gradi di particelle ad alta energia che circonda l'orizzonte degli eventi di un buco nero, fu bruscamente distrutto.

La causa di questa drammatica trasformazione non è chiara, anche se i ricercatori ipotizzano che la fonte della calamità potrebbe essere stata una stella catturata dall'attrazione gravitazionale del buco nero. Come un sasso lanciato in un cambio, la stella potrebbe essere rimbalzata attraverso il disco di materiale vorticoso del buco nero, causando tutto nelle vicinanze, comprese le particelle ad alta energia della corona, precipitare improvvisamente nel buco nero.

Il risultato, come hanno osservato gli astronomi, era un calo precipitoso e sorprendente nella luminosità del buco nero, di un fattore 10, 000, in meno di un anno.

"Ci aspettiamo che cambiamenti di luminosità così grandi dovrebbero variare su scale temporali da molte migliaia a milioni di anni, "dice Erin Kara, assistente professore di fisica al MIT. "Ma in questo oggetto, l'abbiamo visto cambiare di 10, 000 in un anno, ed è persino cambiato di un fattore 100 in otto ore, il che è assolutamente inaudito e davvero sbalorditivo".

Dopo la scomparsa della corona, gli astronomi hanno continuato a osservare mentre il buco nero iniziava a raccogliere lentamente materiale dai suoi bordi esterni per riformare il suo disco di accrescimento vorticoso, che a sua volta ha iniziato a generare raggi X ad alta energia vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero. In questo modo, in pochi mesi, il buco nero è stato in grado di generare una nuova corona, quasi tornato alla sua luminosità originale.

"Questa sembra essere la prima volta che abbiamo visto una corona scomparire prima di tutto, ma poi anche ricostruirsi, e lo stiamo guardando in tempo reale, "Dice Kara. "Questo sarà davvero importante per capire come la corona di un buco nero viene riscaldata e alimentata in primo luogo".

Kara e i suoi coautori, tra cui l'autore principale Claudio Ricci dell'Universidad Diego Portales di Santiago, Chile, hanno pubblicato oggi i loro risultati in Lettere per riviste astrofisiche . I coautori del MIT includono Ron Remillard, e Dheeraj Pasham.

Una lavatrice agile

A marzo 2018, uno scoppio inaspettato ha illuminato la vista di ASSASN, il sondaggio automatizzato All-Sky per le Super-Nove, che esamina l'intero cielo notturno per l'attività di supernova. Il sondaggio ha registrato un lampo da 1ES 1927+654, un nucleo galattico attivo, o AGN, questo è un tipo di buco nero supermassiccio con una luminosità superiore al normale al centro di una galassia. ASSASN ha osservato che la luminosità dell'oggetto è balzata a circa 40 volte la sua normale luminosità.

"Questo era un AGN di cui sapevamo, ma non era molto speciale, " dice Kara. "Poi hanno notato che questo AGN ordinario è diventato improvvisamente brillante, che ha attirato la nostra attenzione, e abbiamo iniziato a puntare molti altri telescopi in molte altre lunghezze d'onda per guardarlo."

Il team ha utilizzato più telescopi per osservare il buco nero nei raggi X, ottico, e bande di onde ultraviolette. La maggior parte di questi telescopi veniva puntata periodicamente sul buco nero, ad esempio registrare osservazioni per un'intera giornata, ogni sei mesi. Il team ha anche osservato il buco nero ogni giorno con NICER della NASA, un telescopio a raggi X molto più piccolo, installato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, con rivelatori sviluppati e costruiti da ricercatori del MIT.

"PIACEVOLE è fantastico perché è così agile, " dice Kara. "È questa piccola lavatrice che rimbalza intorno alla ISS, e può raccogliere una tonnellata di fotoni a raggi X. Ogni giorno, PIACEVOLE potrebbe dare una rapida occhiata a questo AGN, poi vai e fai qualcos'altro."

Con frequenti osservazioni, i ricercatori sono stati in grado di catturare il buco nero mentre scendeva precipitosamente di luminosità, praticamente in tutte le bande d'onda misurate, e specialmente nella banda dei raggi X ad alta energia, un'osservazione che segnalava che la corona del buco nero si era completamente e improvvisamente vaporizzata.

"Dopo che ASSASN l'ha visto attraversare questo enorme sfogo pazzesco, abbiamo guardato mentre la corona scompariva, " Kara ricorda. "E 'diventato inosservabile, che non abbiamo mai visto prima."

Un lampo scoppiettante

I fisici non sono sicuri di cosa causi la formazione di una corona, ma credono che abbia qualcosa a che fare con la configurazione delle linee del campo magnetico che attraversano il disco di accrescimento di un buco nero. Nelle regioni esterne del vorticoso disco di materiale di un buco nero, le linee del campo magnetico sono più o meno in una configurazione semplice. più vicino, e soprattutto vicino all'orizzonte degli eventi, cerchi materiali con più energia, in un modo che può causare la torsione e la rottura delle linee del campo magnetico, quindi riconnettersi. Questo groviglio di energia magnetica potrebbe far ruotare particelle che vorticano vicino al buco nero, al livello dei raggi X ad alta energia, formando la corona a forma di corona che circonda il buco nero.

Kara e i suoi colleghi credono che se una stella ribelle fosse davvero la colpevole della scomparsa della corona, sarebbe stato prima fatto a pezzi dall'attrazione gravitazionale del buco nero, spargendo detriti stellari attraverso il disco di accrescimento. Ciò potrebbe aver causato il flash temporaneo di luminosità catturato da ASSASN. Questo "disturbo di marea, " come gli astronomi chiamano un evento così sconvolgente, avrebbe innescato la caduta improvvisa di gran parte del materiale nel disco nel buco nero. Potrebbe anche aver alterato le linee del campo magnetico del disco in modo tale da non poter più generare e supportare una corona ad alta energia.

Quest'ultimo punto è potenzialmente importante per capire come si formano le prime corone. A seconda della massa di un buco nero, c'è un certo raggio entro il quale una stella sarà sicuramente attratta dalla gravità di un buco nero.

"Ciò che ci dice è che, se tutta l'azione si svolge all'interno di quel raggio di perturbazione della marea, ciò significa che la configurazione del campo magnetico che supporta la corona deve essere all'interno di quel raggio, " dice Kara. "Il che significa che, per qualsiasi corona normale, i campi magnetici all'interno di quel raggio sono i responsabili della creazione di una corona".

I ricercatori hanno calcolato che se una stella fosse davvero la causa della corona mancante del buco nero, e se una corona dovesse formarsi in un buco nero supermassiccio di dimensioni simili, lo farebbe entro un raggio di circa quattro minuti luce, una distanza che si traduce approssimativamente in circa 75 milioni di chilometri dal centro del buco nero.

"Con l'avvertenza che questo evento è avvenuto a causa di un'interruzione di marea stellare, questo sarebbe uno dei vincoli più severi che abbiamo su dove deve esistere la corona, "dice Kara.

La corona da allora si è riformata, illuminandosi con raggi X ad alta energia che il team è stato anche in grado di osservare. Non è così luminoso come una volta, ma i ricercatori continuano a monitorarlo, anche se meno frequentemente, per vedere cos'altro ha in serbo questo sistema.

"Vogliamo tenerlo d'occhio, " dice Kara. "È ancora in questo insolito stato di flusso elevato, e forse farà di nuovo qualcosa di folle, quindi non vogliamo perderlo".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.