I nuovi enormi buchi neri scoperti risiedono nelle galassie nane, dove la loro radiazione compete con la luce di abbondanti giovani stelle. Crediti:NASA &ESA/Hubble, concezione artistica del buco nero con jet di M. Polimera.
Un team guidato da ricercatori dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill ha trovato un tesoro di enormi buchi neri nelle galassie nane precedentemente trascurato. I buchi neri appena scoperti offrono uno sguardo sulla storia della vita del buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea.
In quanto galassia a spirale gigante, si ritiene che la Via Lattea sia stata costruita dalla fusione di molte galassie nane più piccole. Ad esempio, le Nubi di Magellano viste nel cielo meridionale sono galassie nane che si fonderanno nella Via Lattea. Ogni nano che vi cade dentro può portare con sé un enorme buco nero centrale, decine o centinaia di migliaia di volte la massa del nostro sole, potenzialmente destinato ad essere inghiottito dal buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea.
Ma non è noto quanto spesso le galassie nane contengano un enorme buco nero, lasciando una lacuna fondamentale nella nostra comprensione di come i buchi neri e le galassie crescono insieme. Nuova ricerca pubblicata sull'Astrophysical Journal aiuta a colmare questa lacuna rivelando che i buchi neri massicci sono molte volte più comuni nelle galassie nane di quanto si pensasse in precedenza.
"Questo risultato mi ha davvero sconvolto perché questi buchi neri in precedenza si nascondevano in bella vista", ha affermato Mugdha Polimera, autore principale dello studio e Ph.D. UNC-Chapel Hill. alunno.
Invio di messaggi misti
I buchi neri vengono in genere rilevati quando crescono attivamente ingerendo gas e polvere di stelle che vorticano intorno a loro, il che li fa brillare intensamente.
Sheila Kannappan, professoressa UNC-Chapel Hill, dottore di ricerca di Polimera consulente e coautore dello studio, ha confrontato i buchi neri con le lucciole.
"Proprio come le lucciole, vediamo i buchi neri solo quando sono illuminati, quando stanno crescendo, e quelli illuminati ci danno un'idea di quanti non possiamo vedere".
Il problema è che, mentre i buchi neri in crescita brillano di radiazioni distintive ad alta energia, anche le giovani stelle appena nate possono farlo. Tradizionalmente, gli astronomi hanno differenziato i buchi neri in crescita dalla nuova formazione stellare utilizzando test diagnostici che si basano su caratteristiche dettagliate della luce visibile di ciascuna galassia quando è distribuita in uno spettro come un arcobaleno.
Il percorso verso la scoperta è iniziato quando gli studenti universitari che lavoravano con Kannappan hanno cercato di applicare questi test tradizionali ai dati delle indagini sulle galassie. Il team si è reso conto che alcune delle galassie stavano inviando messaggi contrastanti:due test indicherebbero la crescita di buchi neri, ma un terzo indicherebbe solo la formazione di stelle.
"Il lavoro precedente aveva appena respinto casi ambigui come questi dall'analisi statistica, ma avevo la sensazione che potessero essere buchi neri sconosciuti nelle galassie nane", ha detto Kannappan. Sospettava che il terzo test, a volte contraddittorio, fosse più sensibile degli altri due alle proprietà tipiche dei nani:la loro semplice composizione elementare (principalmente idrogeno primordiale ed elio del Big Bang) e il loro alto tasso di formazione di nuove stelle.
Il coautore dello studio Chris Richardson, professore associato alla Elon University, ha confermato con simulazioni teoriche che i risultati del test a messaggi misti corrispondevano esattamente a ciò che la teoria avrebbe previsto per una galassia nana di composizione primordiale, altamente formante stellare, contenente un enorme buco nero in crescita. "Il fatto che le mie simulazioni fossero allineate con ciò che il gruppo Kannappan ha scoperto mi ha reso entusiasta di esplorare le implicazioni sull'evoluzione delle galassie", ha detto Richardson.
Un censimento dei buchi neri in crescita
Polimera ha accettato la sfida di costruire un nuovo censimento dei buchi neri in crescita, con attenzione sia ai tipi di messaggi tradizionali che a quelli misti. Ha ottenuto misurazioni pubblicate delle caratteristiche spettrali della luce visibile per testare i buchi neri in migliaia di galassie trovate in due indagini condotte da Kannappan, RESOLVE ed ECO. Queste indagini includono dati ultravioletti e radio ideali per studiare la formazione stellare e hanno un design insolito:mentre la maggior parte delle indagini astronomiche seleziona campioni che favoriscono galassie grandi e luminose, RESOLVE ed ECO sono inventari completi di enormi volumi dell'universo attuale in cui le galassie nane sono abbondanti.
"Per me era importante non influenzare la nostra ricerca di buchi neri verso le galassie nane", ha detto Polimera. "Ma guardando l'intero censimento, ho scoperto che il nuovo tipo di buchi neri in crescita si presentava quasi sempre nei nani. Sono rimasto sorpreso dai numeri quando li ho visti per la prima volta".
Più dell'80 per cento di tutti i buchi neri in crescita che ha trovato nelle galassie nane apparteneva al nuovo tipo.
Il risultato sembrava troppo buono. "Ci siamo innervositi tutti", ha detto Polimera. "La prima domanda che mi è venuta in mente è stata:abbiamo perso un modo in cui l'estrema formazione stellare da sola potrebbe spiegare queste galassie?" Ha condotto una ricerca esauriente di spiegazioni alternative che coinvolgono la formazione stellare, le incertezze di modellazione o l'astrofisica esotica. Alla fine, il team è stato costretto a concludere che i buchi neri appena identificati erano reali.
"Ci stiamo ancora pizzicando", ha detto Kannappan. "Siamo entusiasti di perseguire un milione di idee di follow-up. I buchi neri che abbiamo trovato sono i mattoni di base dei buchi neri supermassicci come quello nella nostra Via Lattea. C'è così tanto che vogliamo imparare su di loro". + Esplora ulteriormente
