Un team internazionale di astrofisici di Southampton, Oxford e il Sudafrica hanno rilevato un clima molto caldo, vento denso in uscita vicino a un buco nero almeno 25, 000 anni luce dalla Terra.

Il ricercatore capo, il professor Phil Charles dell'Università di Southampton, ha spiegato che il gas (elio e idrogeno ionizzati) veniva emesso in raffiche che si ripetevano ogni 8 minuti, la prima volta che questo comportamento è stato visto attorno a un buco nero. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

L'oggetto studiato dal team del professor Charles era Swift J1357.2-0933, scoperto per la prima volta come un transiente di raggi X, un sistema che mostra esplosioni violente, nel 2011. Questi transienti sono tutti costituiti da una stella di piccola massa, simile al nostro Sole e un oggetto compatto, che può essere una nana bianca, stella di neutroni o buco nero. In questo caso, Swift J1357.2-0933 ha un oggetto compatto buco nero che è almeno 6 volte la massa del nostro Sole.

Il materiale della stella normale viene tirato dall'oggetto compatto in un disco tra i due. Scoppi massicci si verificano quando il materiale nel disco diventa caldo e instabile e rilascia abbondanti quantità di energia.

Il professor Charles ha dichiarato:"Ciò che era particolarmente insolito in questo sistema era che i telescopi terrestri avevano rivelato che la sua luminosità ottica mostrava cali periodici nella sua uscita e che il periodo di questi cali cambiava lentamente da circa due minuti a circa 10 minuti quando l'esplosione Questo strano comportamento non è mai stato visto in nessun altro oggetto.

"La causa di questi notevoli, cali veloci è stato un argomento caldo del dibattito scientifico sin dalla loro scoperta. Quindi è stato con grande entusiasmo che gli astronomi hanno salutato la seconda esplosione di questo oggetto a metà del 2017, offrendo un'opportunità per studiare questo strano comportamento in modo più dettagliato."

Il professor Charles e il suo team hanno riconosciuto che la chiave per ottenere la risposta era ottenere spettri ottici un numero di volte durante ogni ciclo di immersione, essenzialmente studiando come il loro colore cambiasse nel tempo. Ma con l'oggetto circa 10, 000 volte più debole della stella più debole visibile ad occhio nudo e il periodo di immersione di soli 8 minuti circa, bisognava usare un telescopio molto grande.

Così, usavano il SALE, il grande telescopio dell'Africa meridionale, il più grande telescopio ottico dell'emisfero australe.

L'Università di Southampton è uno dei partner fondatori del Regno Unito in SALT, e insieme ai loro collaboratori sudafricani, fanno parte di un Large Science Program multi-partner per studiare i transitori di tutti i tipi. SALT non solo ha l'enorme area di raccolta necessaria (ha uno specchio di 10 m di diametro), ma è gestito al 100% in modo programmato in coda dagli astronomi del personale residente, il che significa che può rispondere prontamente a eventi transitori imprevedibili. Questo era perfetto per Swift J1357.2-0933, e SALT hanno ottenuto più di un'ora di spettri, con una presa ogni 100 secondi.

"Le nostre tempestive osservazioni su questo affascinante sistema dimostrano come la rapida risposta di SALT, attraverso il suo funzionamento flessibile in coda, lo rende una struttura ideale per studi di follow-up di oggetti transitori, " ha detto il dottor David Buckley, il Principal Investigator del programma transitorio SALT, con sede presso l'Osservatorio Astronomico del Sud Africa, che ha anche aggiunto, "Con la disponibilità istantanea di una serie di strumenti diversi su SALT, possiamo anche modificare dinamicamente i nostri piani di osservazione per adattarli agli obiettivi scientifici e reagire ai risultati, quasi in tempo reale"

Il professor Charles ha aggiunto:"I risultati di questi spettri sono stati sbalorditivi. Hanno mostrato elio ionizzato in assorbimento, che non era mai stato visto in tali sistemi prima. Ciò indicava che doveva essere sia denso che caldo, intorno ai 40, 000 gradi. Più notevolmente, le caratteristiche spettrali erano spostate verso il blu (a causa dell'effetto Doppler), indicando che stavano soffiando verso di noi a circa 600 km/s. Ma ciò che ci ha davvero stupito è stata la scoperta che queste caratteristiche spettrali erano visibili solo durante i buchi ottici nella curva di luce. Abbiamo interpretato questa proprietà piuttosto unica come dovuta a una deformazione o increspatura nel disco di accrescimento interno che orbita attorno al buco nero sulla scala temporale dell'immersione. Questa curvatura è molto vicina al buco nero a solo un decimo del raggio del disco".

Cosa sta allontanando questa materia dal buco nero? È quasi certamente la pressione di radiazione degli intensi raggi X generati vicino al buco nero. Ma deve essere molto più luminoso di quello che vediamo direttamente, suggerendo che il materiale che cade sul buco nero lo oscura alla vista diretta, come nuvole che oscurano il sole. Ciò si verifica perché stiamo osservando il sistema binario da un punto di vista in cui il disco appare di taglio, come illustrato nell'illustrazione schematica, e le macchie rotanti in questo disco oscurano la nostra visione del buco nero centrale.

È interessante notare che non ci sono eclissi della stella compagna vista né nell'ottica né nei raggi X come ci si potrebbe aspettare. Ciò è spiegato dal fatto che è molto piccolo, e costantemente all'ombra del disco. Questa deduzione deriva da una modellazione teorica dettagliata dei venti che vengono soffiati dai dischi di accrescimento che è stata intrapresa da uno dei membri del team, James Matthews dell'Università di Oxford, utilizzando calcoli di supercomputer.

Questo oggetto ha proprietà notevoli in un gruppo già interessante di oggetti che hanno molto da insegnarci sui punti finali dell'evoluzione stellare e sulla formazione di oggetti compatti. Conosciamo già un paio di dozzine di sistemi binari di buchi neri nella nostra Galassia, che hanno tutti masse nell'intervallo di massa solare 5-15, e il singolo buco nero nel nostro Centro Galattico è di circa 4 milioni di masse solari. Crescono tutti per l'accrescimento della materia a cui abbiamo assistito in modo così spettacolare in questo oggetto. Sappiamo anche che una parte sostanziale del materiale di accrescimento viene spazzata via. Quando ciò accade dai buchi neri supermassicci al centro delle galassie, quei potenti venti e getti possono avere un enorme impatto sul resto della galassia.

Il professor Charles ha concluso:"Queste versioni binarie a breve periodo sono un modo perfetto per studiare questa fisica in azione".