Sembra che anche i buchi neri non riescano a resistere alla tentazione di inserirsi senza preavviso nelle fotografie. Una fotobomba cosmica trovata come oggetto di sfondo nelle immagini della vicina galassia di Andromeda ha rivelato quella che potrebbe essere la coppia di buchi neri supermassicci più strettamente accoppiata mai vista.

Gli astronomi hanno fatto questa straordinaria scoperta utilizzando i dati a raggi X dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e i dati ottici dei telescopi terrestri, Gemini-North alle Hawaii e la Palomar Transient Factory del Caltech in California.

Questa fonte insolita, chiamato LGGS J004527.30+413254.3 (J0045+41 in breve), è stato visto nelle immagini ottiche e a raggi X di Andromeda, noto anche come M31. Fino a poco tempo fa, gli scienziati pensavano che J0045+41 fosse un oggetto all'interno di M31, una grande galassia a spirale situata relativamente vicina a una distanza di circa 2,5 milioni di anni luce dalla Terra. I nuovi dati, però, ha rivelato che J0045+41 era in realtà a una distanza molto maggiore, a circa 2,6 miliardi di anni luce dalla Terra.

"Stavamo cercando un tipo speciale di stella in M31 e pensavamo di averne trovato uno, ", ha affermato Trevor Dorn-Wallenstein dell'Università di Washington a Seattle, WA, che ha condotto il documento che descrive questa scoperta. "Siamo rimasti sorpresi ed entusiasti di trovare qualcosa di molto più strano!"

Ancora più intrigante della grande distanza di J0045+41 è che probabilmente contiene una coppia di buchi neri giganti in orbita stretta l'uno intorno all'altro. La massa totale stimata per questi due buchi neri supermassicci è circa duecento milioni di volte la massa del nostro Sole.

In precedenza, un altro team di astronomi aveva visto variazioni periodiche nella luce ottica da J0045+41, e, credendo di essere un membro di M31, lo classificò come una coppia di stelle che orbitavano l'una intorno all'altra circa una volta ogni 80 giorni.

L'intensità della sorgente di raggi X osservata da Chandra ha rivelato che questa classificazione originale non era corretta. Piuttosto, J0045+41 doveva essere un sistema binario in M31 contenente una stella di neutroni o un buco nero che estrae materiale da una compagna - il tipo di sistema che Dorn-Wallenstein stava originariamente cercando in M31 - o un sistema molto più massiccio e distante che contiene almeno un buco nero supermassiccio in rapida crescita.

Però, uno spettro del telescopio Gemini-North preso dal team dell'Università di Washington ha mostrato che J0045+41 deve ospitare almeno un buco nero supermassiccio e ha permesso ai ricercatori di stimare la distanza. Lo spettro ha anche fornito possibili prove che un secondo buco nero era presente in J0045+41 e si muoveva a una velocità diversa dal primo, come previsto se i due buchi neri orbitano l'uno intorno all'altro.

Il team ha quindi utilizzato i dati ottici della Palomar Transient Factory per cercare variazioni periodiche nella luce di J0045+41. Hanno trovato diversi periodi in J0045+41, compresi quelli a circa 80 e 320 giorni. Il rapporto tra questi periodi corrisponde a quello previsto dal lavoro teorico sulla dinamica di due buchi neri giganti che orbitano l'uno intorno all'altro.

"Questa è la prima volta che vengono trovate prove così forti per una coppia di buchi neri giganti orbitanti, ", ha affermato la coautrice Emily Levesque dell'Università di Washington.

I ricercatori stimano che i due presunti buchi neri orbitano l'uno attorno all'altro con una distanza di poche centinaia di volte la distanza tra la Terra e il Sole. Ciò corrisponde a meno di un centesimo di anno luce. A confronto, la stella più vicina al nostro Sole dista circa quattro anni luce.

Tale sistema potrebbe essere formato come conseguenza della fusione, miliardi di anni prima, di due galassie che contenevano ciascuna un buco nero supermassiccio. Alla loro attuale stretta separazione, i due buchi neri vengono inevitabilmente avvicinati mentre emettono onde gravitazionali.

"Non siamo in grado di individuare esattamente quanta massa contiene ciascuno di questi buchi neri, " ha detto il co-autore John Ruan, anche dell'Università di Washington. "A seconda di ciò, pensiamo che questa coppia si scontrerà e si fonderà in un buco nero in appena 350 anni o fino a 360, 000 anni."

Se J0045+41 contiene effettivamente due buchi neri in orbita ravvicinata, emetterà onde gravitazionali, tuttavia il segnale non sarebbe rilevabile con LIGO e Virgo. Queste strutture a terra hanno rilevato le fusioni di buchi neri di massa stellare che pesano non più di circa 60 Soli e, molto recentemente, uno tra due stelle di neutroni.

"Le fusioni di buchi neri supermassicci avvengono al rallentatore rispetto ai buchi neri di massa stellare", disse Dorn-Wallenstein. "I cambiamenti molto più lenti nelle onde gravitazionali da un sistema come J0045+41 possono essere rilevati al meglio da un diverso tipo di struttura per onde gravitazionali chiamata Pulsar Timing Array".

Un documento che descrive questo risultato è stato accettato per la pubblicazione nel numero del 20 novembre di The Giornale Astrofisico ed è disponibile online.