I modelli di alimentazione dei buchi neri offrono informazioni sulla loro dimensione, rapporto dei ricercatori. Un nuovo studio ha rivelato che lo sfarfallio della luminosità osservato nell'alimentazione attiva dei buchi neri supermassicci è correlato alla loro massa.

I buchi neri supermassicci sono da milioni a miliardi di volte più massicci del sole e di solito risiedono al centro di galassie massicce. Quando sono dormienti e non si nutrono del gas e delle stelle che li circondano, Le SMBH emettono pochissima luce; l'unico modo in cui gli astronomi possono rilevarli è attraverso le loro influenze gravitazionali sulle stelle e sul gas nelle loro vicinanze. Però, nell'universo primordiale, quando le PMI stavano crescendo rapidamente, stavano attivamente alimentando - o accrescendo - materiali a ritmi intensi ed emettendo un'enorme quantità di radiazioni - a volte eclissando l'intera galassia in cui risiedono, hanno detto i ricercatori.

Il nuovo studio, guidato dallo studente laureato in astronomia dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign Colin Burke e dal professore Yue Shen, hanno scoperto una relazione definitiva tra la massa di SMBH che si alimentano attivamente e la caratteristica scala temporale nel modello di sfarfallio della luce. I risultati sono pubblicati sulla rivista Scienza .

La luce osservata da un SMBH in accrescimento non è costante. A causa di processi fisici che non sono ancora stati compresi, mostra uno sfarfallio onnipresente su scale temporali che vanno da ore a decenni. "Ci sono stati molti studi che hanno esplorato le possibili relazioni tra lo sfarfallio osservato e la massa dell'SMBH, ma i risultati sono stati inconcludenti e talvolta controversi, " ha detto Burke.

Il team ha compilato un ampio set di dati sull'alimentazione attiva di SMBH per studiare il modello di variabilità dello sfarfallio. Hanno individuato una tempistica caratteristica, su cui il modello cambia, che è strettamente correlato con la massa del SMBH. I ricercatori hanno quindi confrontato i risultati con l'accrescimento delle nane bianche, i resti di stelle come il nostro sole, e ho scoperto che vale la stessa relazione temporale-massa, anche se le nane bianche sono milioni o miliardi di volte meno massicce delle SMBH.

Gli sfarfallii della luce sono fluttuazioni casuali nel processo di alimentazione di un buco nero, hanno detto i ricercatori. Gli astronomi possono quantificare questo modello tremolante misurando la potenza della variabilità in funzione delle scale temporali. Per l'accrescimento di PMIH, il modello di variabilità cambia da tempi brevi a tempi lunghi. Questa transizione del modello di variabilità avviene in una scala temporale caratteristica che è più lunga per i buchi neri più massicci.

Il team ha confrontato l'alimentazione del buco nero con la nostra attività di mangiare o bere, equiparando questa transizione a un rutto umano. I bambini ruttano spesso mentre bevono latte, mentre gli adulti possono trattenere il rutto per un periodo di tempo più esteso. I buchi neri fanno la stessa cosa mentre si nutrono, loro hanno detto.

"Questi risultati suggeriscono che i processi che guidano lo sfarfallio durante l'accrescimento sono universali, se l'oggetto centrale è un buco nero supermassiccio o una nana bianca molto più leggera, "Ha detto Shen.

"La stabile creazione di una connessione tra lo sfarfallio della luce osservato e le proprietà fondamentali dell'accretore ci aiuterà sicuramente a comprendere meglio i processi di accrescimento, " ha detto Yan-Fei Jiang, ricercatore presso il Flatiron Institute e coautore dello studio.

I buchi neri astrofisici sono disponibili in un ampio spettro di massa e dimensioni. Tra la popolazione di buchi neri di massa stellare, che pesano meno di diverse decine di volte la massa del sole, e PMIH, esiste una popolazione di buchi neri chiamati buchi neri di massa intermedia che pesano tra circa 100 e 100, 000 volte la massa del sole.

Ci si aspetta che gli IMBH si formino in gran numero nel corso della storia dell'universo, e possono fornire i semi necessari per crescere in SMBH in seguito. Però, osservativamente questa popolazione di IMBH è sorprendentemente sfuggente. C'è solo un IMBH indiscutibilmente confermato che pesa circa 150 volte la massa del sole. Ma quell'IMBH è stato scoperto casualmente dalla radiazione dell'onda gravitazionale dalla coalescenza di due buchi neri meno massicci.

"Ora che c'è una correlazione tra lo schema tremolante e la massa dell'oggetto centrale in accrescimento, possiamo usarlo per prevedere come potrebbe essere il segnale tremolante di un IMBH, " ha detto Burke.

Gli astronomi di tutto il mondo stanno aspettando l'inizio ufficiale di un'era di massicce indagini che monitorano il cielo dinamico e variabile. L'Osservatorio Vera C. Rubin nella Legacy Survey of Space and Time del Cile esaminerà il cielo per un decennio e raccoglierà dati sullo sfarfallio della luce per miliardi di oggetti, a partire dalla fine del 2023.

"L'estrazione del set di dati LSST per la ricerca di modelli di sfarfallio coerenti con l'accrescimento degli IMBH ha il potenziale per scoprire e comprendere appieno questa misteriosa popolazione di buchi neri a lungo cercata, " ha detto il co-autore Xin Liu, un professore di astronomia presso l'U. di I.

Questo studio è una collaborazione con il professore di astronomia e fisica Charles Gammie e il ricercatore post-dottorato in astronomia Qian Yang, il Centro dell'Illinois per lo studio avanzato dell'universo, e ricercatori dell'Università della California, Santa Barbara; l'Università di St. Andrews, UK.; l'Istituto Flatiron; l'Università di Southampton, UK.; l'Accademia Navale degli Stati Uniti; e l'Università di Durham, UK.

Burke, Shen e Liu sono anche affiliati al Center for Astrophysical Surveys presso il National Center for Supercomputing Applications dell'Illinois.