Una nuova ricerca del professore di fisica e astronomia del College of Charleston, Chris Fragile, potrebbe aiutare gli scienziati a scoprire di più sui buchi neri di massa intermedia e sulle attività che li circondano.

La ricerca di Fragile, che apparirà presto sull'Astrophysics Journal, coinvolge stelle o altri oggetti celesti che si avvicinano troppo a un buco nero, con il risultato che l'oggetto viene lacerato dalle forze di marea estreme del buco nero. Durante tali violenti "eventi di interruzione delle maree" (TDE), l'oggetto che viene interrotto viene contemporaneamente allungato e compresso in direzioni opposte. Se l'oggetto è una nana bianca, che è il nucleo morto di una stella simile al Sole, la compressione può essere sufficiente per riaccendere brevemente la fusione nucleare, in un certo senso riportando in vita la nana bianca, se solo per pochi secondi.

Perché ciò accada, dice Fragile, la nana bianca deve passare relativamente vicino (all'interno del "raggio di marea") a un buco nero di massa intermedia (IMBH), uno circa 1, 000 a 10, 000 volte la massa del Sole. Questo perché la dimensione di un buco nero (e il suo raggio di marea) è correlata alla sua massa. Se il buco nero ha una massa troppo piccola, il suo raggio di marea è più piccolo della dimensione della nana bianca, quindi il buco nero viene inizialmente inghiottito dalla nana bianca. Se il buco nero ha troppa massa, sarà così grande che la nana bianca passerà all'interno prima che le forze della marea diventino abbastanza forti da distruggerla.

Mentre sono stati scoperti un gran numero di buchi neri di "massa stellare" e "supermassicci", Fragile dice che attualmente ci sono scarse prove per i loro cugini di massa intermedia.

"È importante sapere quanti buchi neri di massa intermedia esistono, poiché questo aiuterà a rispondere alla domanda sulla provenienza dei buchi neri supermassicci, "dice Fragile. "Trovare buchi neri di massa intermedia attraverso eventi di interruzione delle maree sarebbe un enorme progresso".

Gli eventi di interruzione delle maree sono talvolta in grado di produrre enormi esplosioni elettromagnetiche e segnali di onde gravitazionali potenzialmente rilevabili. Finora, solo una dozzina di scoperte hanno mostrato le firme di un evento di interruzione delle maree, e nessuno di questi sembra essere l'interruzione di una nana bianca. Tuttavia, dice Fragile, questi eventi sono un obiettivo primario di molte missioni attuali e future, incluso All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN), la fabbrica transitoria intermedia di Palomar, e il Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

Mentre parte del materiale strappato dall'oggetto distrutto alla fine verrà inghiottito ("accresciuto") dal buco nero, una frazione significativa verrà gettata nello spazio circostante sotto forma di detriti non legati. Questi detriti possono eventualmente essere assimilati nelle future generazioni di stelle e pianeti, quindi la sua composizione chimica può avere importanti conseguenze. La combustione nucleare che si verifica durante l'interruzione mareale di una nana bianca provoca cambiamenti significativi nella sua composizione chimica, convertire la maggior parte dell'elio, carbonio, e l'ossigeno di una tipica nana bianca in elementi più vicini al ferro sulla tavola periodica.

Le perturbazioni di marea delle stelle nane bianche da parte di buchi neri di massa intermedia sono ora oggetto di studio con l'ausilio di simulazioni al computer, dice Fragile. Una tale serie di simulazioni ha confermato che la combustione nucleare è un risultato comune, con efficienze di conversione di massa fino al 60 percento. L'efficienza e gli elementi prodotti dipendono entrambi sensibilmente da quanto la nana bianca si avvicina al buco nero, con approcci più distanti che producono preferibilmente calcio e approcci più vicini che producono ferro. Le interruzioni simulate generano anche brevi raffiche di onde gravitazionali, di una frequenza e ampiezza che possono essere rilevabili con strumenti futuri. Al momento, queste sono le simulazioni tridimensionali a più alta risoluzione degli eventi di interruzione delle maree.

Questa ricerca sarà utile per caratterizzare futuri eventi di interruzione delle maree e porre vincoli alla prevalenza di buchi neri di massa intermedia.