I ricercatori Juan A. Fernández-Ontiveros, dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Roma e Teo Muñoz-Darias, dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), hanno scritto un articolo in cui descrivono i diversi stati di attività di un ampio campione di buchi neri supermassicci nei centri delle galassie. Li hanno classificati utilizzando il comportamento delle loro "relazioni" più strette, i buchi neri di massa stellare nelle binarie a raggi X. L'articolo è appena stato pubblicato sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society ( MNRAS ).

I buchi neri variano in massa da oggetti che hanno solo poche volte la massa del sole fino a quelli con migliaia di milioni di masse solari. Comprendere i loro cicli di attività da una prospettiva globale è stato oggetto di ricerca per decenni. Quelli di massa stellare si trovano nei sistemi binari insieme ad una stella compagna da cui aspirano il gas di cui hanno bisogno per sostenere la loro attività, mentre le varietà supermassicce si trovano nei centri della maggior parte delle galassie e si nutrono del gas, polvere, e stelle che cadono nel pozzo gravitazionale del nucleo galattico.

I buchi neri di massa stellare si evolvono rapidamente. I loro cicli di attività di solito durano alcuni mesi o anni, durante il quale attraversano stati diversi, o fasi. Questi sono caratterizzati da cambiamenti nelle proprietà dei loro dischi di accrescimento (dove il gas caldo si accumula prima di cadere nel buco nero), i loro venti, e i getti di materiale che producono. Ci sono due stati principali, la prima dominata dal disco di accrescimento, e il secondo dal jet. Lo stato 'morbido' è notato dall'emissione termica da parte del plasma del disco, mentre il getto è osservato nello stato "duro", quando il disco si raffredda, e l'emissione alle lunghezze d'onda radio diventa molto intensa.

Perché sono molto più massicci, i buchi neri supermassicci si evolvono molto più lentamente dei loro equivalenti di massa stellare. Così, mostrare la presenza di stati e fenomeni transitori in questi implicherebbe osservarli per milioni di anni, perché i cambiamenti durante una vita umana sarebbero troppo piccoli per essere misurati. Inoltre, i nuclei delle galassie sono regioni con dense popolazioni di stelle, e l'assorbimento della luce da parte dell'idrogeno e della polvere maschera e nasconde la radiazione dal disco di accrescimento attorno al buco nero centrale.

In questo studio Fernández-Ontiveros e Muñoz-Darias hanno utilizzato un campione di 167 galassie attive per poter identificare i possibili stati di accrescimento di buchi neri supermassicci con buone statistiche. L'emissione dal disco di accrescimento non può essere rilevata direttamente, ma il gas nella regione centrale assorbe ed elabora la radiazione sotto forma di righe spettrali. Usando le linee di ossigeno e neon, che si osservano nel medio infrarosso, è possibile testare la presenza del disco in questi oggetti. "Lo studio dimostra la presenza di stati di accrescimento nei buchi neri supermassicci, con proprietà molto simili a quelle che conosciamo dai buchi neri di massa stellare, dove i sistemi nello stato "morbido" ospitano un disco luminoso, e quelli nello stato "duro" mostrano un'intensa emissione radio mentre il disco è molto debole", spiega Juan A. Fernández-Ontiveros, un ricercatore INAF formatosi presso l'IAC.

"Questo lavoro apre una nuova finestra per comprendere il comportamento del materiale (gas) quando cade in buchi neri con un'ampia gamma di masse, e aiuta una comprensione più precisa dei cicli di attività dei buchi neri supermassicci che si trovano al centro della maggior parte delle galassie", aggiunge Teo Muñoz-Darias, un ricercatore presso l'IAC.

La figura illustra come la popolazione delle galassie Seyfert-1 attive sia tipicamente dominata dall'emissione del disco di accrescimento (stato 'soft'), mentre la popolazione dei LINER è molto meno luminosa ed è dominata dai jet (stato 'hard'), che emettono intensamente in onde radio. Le galassie Seyfert-2, d'altra parte, non mostrano un comportamento omogeneo e mentre una buona parte si comporta in modo simile al Seyfert-1, un grande gruppo di loro si trova in stati intermedi. Questi ultimi si osservano anche nei buchi neri stellari per brevi periodi di tempo.