Al centro di una lontana galassia, quasi 300 milioni di anni luce dalla Terra, gli scienziati hanno scoperto un buco nero supermassiccio che sta "soffocando" a causa di un improvviso afflusso di detriti stellari.

In un articolo pubblicato oggi in Lettere per riviste astrofisiche , ricercatori del MIT, Goddard Space Flight Center della NASA, e altrove riportano un "bagliore di interruzione delle maree", un drammatico scoppio di attività elettromagnetica che si verifica quando un buco nero cancella una stella vicina. Il bagliore è stato scoperto per la prima volta l'11 novembre. 2014, e da allora gli scienziati hanno addestrato una varietà di telescopi sull'evento per saperne di più su come crescono ed evolvono i buchi neri.

Il team guidato dal MIT ha esaminato i dati raccolti da due diversi telescopi e ha identificato uno schema curioso nell'energia emessa dal brillamento:mentre la polvere della stella distrutta cadeva nel buco nero, i ricercatori hanno osservato piccole fluttuazioni nelle bande ottiche e ultraviolette (UV) dello spettro elettromagnetico. Questo stesso schema si è ripetuto 32 giorni dopo, questa volta nella banda a raggi X.

I ricercatori hanno utilizzato simulazioni dell'evento eseguite da altri per dedurre che tali "echi" di energia sono stati prodotti dal seguente scenario:mentre una stella migrava vicino al buco nero, è stato rapidamente fatto a pezzi dall'energia gravitazionale del buco nero. I detriti stellari risultanti, vorticando sempre più vicino al buco nero, si è scontrato con se stesso, emettendo esplosioni di luce ottica e UV nei siti di collisione. Mentre veniva tirato più dentro, i detriti in collisione si sono riscaldati, producendo bagliori di raggi X, nello stesso schema dei lampi ottici, poco prima che i detriti cadessero nel buco nero.

"In sostanza, questo buco nero non ha avuto molto di cui nutrirsi per un po', e all'improvviso arriva una sfortunata stella piena di materia, "dice Dheeraj Pasham, il primo autore dell'articolo e un postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. "Quello che stiamo vedendo è, questo materiale stellare non viene solo continuamente alimentato nel buco nero, ma sta interagendo con se stesso, fermandosi e andando, fermandosi e andando. Questo ci sta dicendo che il buco nero sta "soffocando" a causa di questa improvvisa fornitura di detriti stellari".

I coautori di Pasham includono il postdoc del MIT Kavli Aleksander Sadowski e ricercatori del Goddard Space Flight Center della NASA, l'Università del Maryland, il Centro di Astrofisica di Harvard-Smithsonian, Università della Columbia, e la Johns Hopkins University.

Un "fortunato" avvistamento

Pasham dice che i brillamenti di marea sono una potenziale finestra sui molti buchi neri "nascosti" dell'universo, che non si stanno attivamente accrescendo, o nutrendosi di materiale.

"Quasi ogni galassia massiccia contiene un buco nero supermassiccio, "Pasham dice. "Ma non sapremo di loro se stanno seduti a non fare nulla, a meno che non ci sia un evento come un razzo di interruzione di marea."

Tali bagliori si verificano quando una stella, migrando vicino a un buco nero, viene separato dall'immensa energia gravitazionale del buco nero. Questa distruzione stellare può emettere incredibili esplosioni di energia lungo tutto lo spettro elettromagnetico, dalla banda radio, attraverso le lunghezze d'onda ottiche e UV, e via attraverso i raggi X e le bande di raggi gamma ad alta energia. Per quanto estremi siano, i brillamenti di marea sono difficili da osservare, come accadono di rado.

"Dovresti fissare una galassia per circa 10, da 000 a 100, 000 anni per vedere una stella distrutta dal buco nero al centro, "dice Pasham.

Tuttavia, l'11 novembre 2014, una rete globale di telescopi robotici denominata ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) ha raccolto segnali di un possibile bagliore di interruzione di marea da una galassia distante 300 milioni di anni luce. Gli scienziati hanno rapidamente focalizzato altri telescopi sull'evento, compreso il telescopio a raggi X a bordo del satellite Swift della NASA, un'astronave orbitante che scruta il cielo alla ricerca di esplosioni di altissima energia.

"Solo di recente i telescopi hanno iniziato a 'parlare' tra loro, e per questo particolare evento siamo stati fortunati perché molte persone erano pronte per questo, "Pasham dice. "Ha portato solo un sacco di dati."

Una collisione luminosa

Con l'accesso a questi dati, Pasham e i suoi colleghi volevano risolvere un mistero di vecchia data:dove sono emerse per prime le esplosioni di luce di un bagliore? Utilizzando modelli di dinamica dei buchi neri, gli scienziati sono stati in grado di stimare che quando un buco nero fa a pezzi una stella, il conseguente bagliore di rottura della marea può produrre emissioni di raggi X molto vicino al buco nero. Ma è stato difficile individuare l'origine delle emissioni ottiche e UV. Farlo sarebbe un ulteriore passo avanti verso la comprensione di cosa succede quando una stella viene interrotta.

"I buchi neri supermassicci e le loro galassie ospiti crescono in situ, "Pasham dice. "Sapere esattamente cosa succede nei brillamenti di interruzione delle maree potrebbe aiutarci a capire questo processo di coevoluzione del buco nero e della galassia".

I ricercatori hanno studiato i primi 270 giorni successivi al rilevamento del brillamento dell'interruzione della marea, denominato ASASSN-14li. In particolare, hanno analizzato i dati a raggi X e ottici/UV presi dal satellite Swift e dal Las Cumbres Observatory Global

Telescopio. Hanno identificato fluttuazioni, o scoppia, nella banda dei raggi X:due ampi picchi (uno intorno al giorno 50, e l'altro intorno al giorno 110) seguito da un breve calo intorno al giorno 80. Hanno identificato questo stesso modello nei dati ottici/UV circa 32 giorni prima.

Per spiegare queste emissioni "echi, " il team ha eseguito simulazioni di un bagliore di interruzione delle maree prodotto da un buco nero che cancella una stella. I ricercatori hanno modellato il disco di accrescimento risultante, un disco ellittico di detriti stellari che vorticano attorno al buco nero, insieme alla sua probabile velocità, raggio, e tasso di caduta, o la velocità con cui il materiale cade sul buco nero.

Dalle simulazioni eseguite da altri, i ricercatori concludono che i lampi ottici e UV probabilmente hanno avuto origine dalla collisione di detriti stellari sul perimetro esterno del buco nero. Mentre questo materiale in collisione si avvicina al buco nero, si riscalda, eventualmente emettendo emissioni di raggi X, che può restare indietro rispetto alle emissioni ottiche, simile a quello che gli scienziati hanno osservato nei dati.

"Per i buchi neri supermassicci in costante accrescimento, non ti aspetteresti che accada questo soffocamento, "Pasham dice. "Il materiale attorno al buco nero ruoterebbe lentamente e perderebbe energia con ogni orbita circolare. Ma non è quello che sta succedendo qui. Perché c'è molto materiale che cade sul buco nero, sta interagendo con se stesso, cadendo di nuovo, e interagire di nuovo. Se ci sono più eventi in futuro, forse possiamo vedere se questo è ciò che accade per altri brillamenti di interruzione di marea".