Gli astronomi hanno scoperto un tipo di buco nero supermassiccio in crescita mascherato da un altro, grazie a una suite di telescopi tra cui l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. La vera identità di questi buchi neri aiuta a risolvere un mistero di lunga data in astrofisica.

I buchi neri erroneamente identificati provengono da un sondaggio noto come Chandra Deep Field-South (CDF-S), l'immagine a raggi X più profonda mai scattata.

I buchi neri supermassicci crescono attirando il materiale circostante, che viene riscaldato e produce radiazioni a un'ampia gamma di lunghezze d'onda, inclusi i raggi X. Molti astronomi pensano che questa crescita includa una fase, che è successo miliardi di anni fa, quando un denso bozzolo di polvere e gas copre la maggior parte dei buchi neri. Questi bozzoli di materiale sono la fonte di combustibile che consente al buco nero di crescere e generare radiazioni.

Sulla base del quadro attuale tenuto dagli astronomi, dovrebbero esistere molti buchi neri immersi in un tale bozzolo (denominati buchi neri "pesantemente oscurati"). Però, questo tipo di buco nero in crescita è notoriamente difficile da trovare, e fino ad ora il numero osservato è stato inferiore alle previsioni, anche nelle immagini più profonde come il CDF-S.

"Con le nostre nuove identificazioni abbiamo trovato un mucchio di buchi neri pesantemente oscurati che in precedenza erano stati persi, " ha affermato Erini Lambrides della Johns Hopkins University (JHU) di Baltimora, Maryland, che ha condotto lo studio. "Ci piace dire che abbiamo trovato questi buchi neri giganti, ma erano davvero lì tutto il tempo."

L'ultimo studio ha combinato oltre 80 giorni di tempo di osservazione di Chandra nel CDF-S con grandi quantità di dati a diverse lunghezze d'onda provenienti da altri osservatori, tra cui il telescopio spaziale Hubble della NASA e il telescopio spaziale Spitzer della NASA. Il team ha esaminato i buchi neri situati a 5 miliardi di anni luce o più dalla Terra. A queste distanze, gli scienziati avevano già trovato 67 pesantemente oscurati, buchi neri in crescita con dati a raggi X e infrarossi nel CDF-S. In questo ultimo studio, gli autori ne hanno individuati altri 28.

Questi 28 buchi neri supermassicci erano precedentemente classificati in modo diverso:buchi neri a crescita lenta con bassa densità o bozzoli inesistenti, o come galassie lontane.

"Questo potrebbe essere considerato un caso di identità sbagliata del buco nero, " ha affermato il coautore Marco Chiaberge dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland, "ma questi buchi neri sono eccezionalmente bravi a nascondere esattamente ciò che sono".

Lambrides e i suoi colleghi hanno confrontato i loro dati con le aspettative per un tipico buco nero in crescita. Utilizzando i dati di tutte le lunghezze d'onda ad eccezione dei raggi X, hanno previsto la quantità di raggi X che avrebbero dovuto rilevare da ciascun buco nero. I ricercatori hanno trovato un livello di raggi X molto più basso di quanto si aspettassero da 28 fonti, il che implica che il bozzolo intorno a loro è circa dieci volte più denso di quanto precedentemente stimato dagli scienziati per questi oggetti.

Considerando la maggiore densità del bozzolo, il team ha dimostrato che i buchi neri erroneamente identificati stanno producendo più raggi X di quanto si pensasse in precedenza, ma il bozzolo più denso impedisce alla maggior parte di questi raggi X di fuoriuscire e raggiungere il telescopio Chandra. Ciò implica che stanno crescendo più rapidamente.

I gruppi precedenti non hanno applicato la tecnica di analisi adottata da Lambrides e dal suo team, né hanno utilizzato l'intera serie di dati disponibili per il CDF-S, dando loro poche informazioni sulla densità dei bozzoli.

Questi risultati sono importanti per i modelli teorici che stimano il numero di buchi neri nell'universo e i loro tassi di crescita, compresi quelli con livelli diversi di oscuramento (in altre parole, quanto sono densi i loro bozzoli). Gli scienziati progettano questi modelli per spiegare un bagliore uniforme nei raggi X attraverso il cielo chiamato "sfondo dei raggi X, " Scoperto per la prima volta negli anni '60. I singoli buchi neri in crescita osservati in immagini come il CDF-S rappresentano la maggior parte dello sfondo dei raggi X.

Lo sfondo dei raggi X non attualmente risolto in singole sorgenti è dominato da raggi X con energie al di sopra della soglia che Chandra può rilevare. I buchi neri fortemente oscurati sono una spiegazione naturale per questa componente irrisolta perché i raggi X a bassa energia sono assorbiti dal bozzolo più di quelli ad alta energia, e quindi sono meno rilevabili. I buchi neri aggiuntivi pesantemente oscurati qui riportati aiutano a riconciliare le differenze passate tra i modelli teorici e le osservazioni.

"È come se lo sfondo dei raggi X fosse un'immagine sfocata che è stata lentamente messa a fuoco per decenni, " ha affermato il coautore Roberto Gilli dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Bologna, Italia. "Il nostro lavoro ha comportato la comprensione della natura degli oggetti che sono stati tra gli ultimi ad essere risolti".

Oltre ad aiutare a spiegare lo sfondo dei raggi X, questi risultati sono importanti per comprendere l'evoluzione dei buchi neri supermassicci e delle loro galassie ospiti. Le masse delle galassie e dei loro buchi neri supermassicci sono correlate tra loro, il che significa che più massiccia è la galassia, più massiccio è il buco nero.

Un articolo che riporta i risultati di questo studio è in corso di pubblicazione su The Giornale Astrofisico . Gli altri autori dell'articolo sono Timothy Heckman di JHU; Fabio Vito della Pontificia Universidad Católica de Chile, a Santiago, Chile; e Colin Norman di JHU.

Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche e di volo da Cambridge e Burlington, Massachusetts.