L'anello a forma di ciambella che circonda molti buchi neri supermassicci racconta ai ricercatori quanto velocemente si sta alimentando l'oggetto spaziale e può cambiare il modo in cui il buco nero è visto dalla Terra. Crediti:ESA/NASA, il progetto AVO e Paolo Padovani
Secondo uno studio condotto dai ricercatori di Dartmouth, i buchi neri con firme luminose variabili ma che si pensava fossero gli stessi oggetti visti da angolazioni diverse si trovano in realtà in fasi diverse del ciclo di vita.
La ricerca sui buchi neri noti come "nuclei galattici attivi", o AGN, afferma che mostra definitivamente la necessità di rivedere il "modello unificato di AGN" ampiamente utilizzato che caratterizza i buchi neri supermassicci come tutti aventi le stesse proprietà.
Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Supplement Series , fornisce risposte a un fastidioso mistero spaziale e dovrebbe consentire ai ricercatori di creare modelli più precisi sull'evoluzione dell'universo e su come si sviluppano i buchi neri.
"Questi oggetti hanno disorientato i ricercatori per oltre mezzo secolo", ha affermato Tonima Tasnim Ananna, ricercatrice post-dottorato a Dartmouth e autrice principale dell'articolo. "Nel tempo, abbiamo formulato molte ipotesi sulla fisica di questi oggetti. Ora sappiamo che le proprietà dei buchi neri oscurati sono significativamente diverse dalle proprietà degli AGN che non sono così fortemente nascosti".
Si ritiene che i buchi neri supermassicci risiedano al centro di quasi tutte le grandi galassie, inclusa la Via Lattea. Gli oggetti divorano gas galattico, polvere e stelle e possono diventare più pesanti delle piccole galassie.
Per decenni, i ricercatori si sono interessati alle firme luminose dei nuclei galattici attivi, un tipo di buco nero supermassiccio che sta "accrescendo" o in una fase di rapida crescita.
A partire dalla fine degli anni '80, gli astronomi si sono resi conto che le firme luminose provenienti dallo spazio che vanno dalle lunghezze d'onda radio ai raggi X potevano essere attribuite agli AGN. Si presumeva che gli oggetti di solito avessero un anello a forma di ciambella, o "toro", di gas e polvere attorno a loro. Si pensava che la diversa luminosità e i colori associati agli oggetti fossero il risultato dell'angolo da cui venivano osservati e della quantità di toro che oscurava la vista.
Da ciò, la teoria unificata degli AGN divenne l'interpretazione prevalente. La teoria guida che se un buco nero viene visto attraverso il suo toro, dovrebbe apparire debole. Se viene visualizzato da sotto o sopra l'anello, dovrebbe apparire luminoso. Secondo lo studio attuale, tuttavia, la ricerca passata si basava troppo sui dati degli oggetti meno oscurati e sui risultati della ricerca distorti.
Il nuovo studio si concentra sulla velocità con cui i buchi neri si nutrono di materia spaziale o sui loro tassi di accrescimento. La ricerca ha scoperto che il tasso di accrescimento non dipende dalla massa di un buco nero, varia in modo significativo a seconda di quanto è oscurato dall'anello di gas e polvere.
"Questo fornisce supporto all'idea che le strutture del toro attorno ai buchi neri non sono tutte uguali", ha affermato Ryan Hickox, professore di fisica e astronomia e coautore dello studio. "C'è una relazione tra la struttura e il modo in cui sta crescendo."
Il risultato mostra che la quantità di polvere e gas che circonda un AGN è direttamente correlata a quanto si sta alimentando, confermando che ci sono differenze oltre l'orientamento tra le diverse popolazioni di AGN. Quando un buco nero si sta accumulando a una velocità elevata, l'energia soffia via polvere e gas. Di conseguenza, è più probabile che non sia oscurato e appaia più luminoso. Al contrario, un AGN meno attivo è circondato da un toro più denso e appare più debole.
"In passato, non era chiaro come la popolazione AGN oscurata variasse dalle loro controparti più facilmente osservabili e non oscurate", ha affermato Ananna. "Questa nuova ricerca mostra definitivamente una differenza fondamentale tra le due popolazioni che va oltre l'angolo di visione."
Lo studio deriva da un'analisi decennale degli AGN vicini rilevati da Swift-BAT, un telescopio a raggi X della NASA ad alta energia. Il telescopio consente ai ricercatori di scansionare l'universo locale per rilevare AGN oscurati e non oscurati.
La ricerca è il risultato di una collaborazione scientifica internazionale, il BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS), che ha lavorato per oltre un decennio per raccogliere e analizzare la spettroscopia ottica/infrarossa per l'AGN osservata da Swift BAT.
"Non abbiamo mai avuto un campione così grande di AGN locale oscurato rilevato dai raggi X prima", ha detto Ananna. "Questa è una grande vittoria per i telescopi a raggi X ad alta energia."
Il documento si basa sulla ricerca precedente del team di ricerca che ha analizzato gli AGN. Per lo studio, Ananna ha sviluppato una tecnica computazionale per valutare l'effetto dell'oscuramento della materia sulle proprietà osservate dei buchi neri e ha analizzato i dati raccolti dal più ampio team di ricerca utilizzando questa tecnica.
Secondo il documento, conoscendo la massa di un buco nero e la velocità con cui si sta alimentando, i ricercatori possono determinare quando la maggior parte dei buchi neri supermassicci ha subito la maggior parte della loro crescita, fornendo così preziose informazioni sull'evoluzione dei buchi neri e dell'universo.
"Una delle maggiori domande nel nostro campo è da dove provengono i buchi neri supermassicci", ha affermato Hickox. "Questa ricerca fornisce un elemento fondamentale che può aiutarci a rispondere a questa domanda e mi aspetto che diventi una pietra miliare di riferimento per questa disciplina di ricerca."
La ricerca futura potrebbe includere concentrarsi sulle lunghezze d'onda che consentono al team di cercare oltre l'universo locale. A breve termine, il team vorrebbe capire cosa fa sì che gli AGN entrino in modalità di accrescimento elevato e quanto tempo impiegano gli AGN in rapido accrescimento per passare da oscurati a non oscurati. + Esplora ulteriormente
