I buchi neri sono cose bizzarre, anche per gli standard degli astronomi. La loro massa è così grande che piega così strettamente lo spazio attorno a loro che nulla può sfuggire, nemmeno la luce stessa.
Eppure, nonostante la loro famosa oscurità, alcuni buchi neri sono abbastanza visibili. Il gas e le stelle divorati da questi vuoti galattici vengono risucchiati in un disco luminoso prima del loro viaggio di sola andata nel buco, e questi dischi possono brillare più intensamente di intere galassie.
Ancora più strano, questi buchi neri brillano . La luminosità dei dischi luminosi può variare di giorno in giorno e nessuno è del tutto sicuro del perché.
Abbiamo sostenuto lo sforzo di difesa degli asteroidi della NASA per osservare più di 5.000 dei buchi neri a crescita più rapida nel cielo per cinque anni, nel tentativo di capire perché si verifica questo scintillio. In un articolo pubblicato su Nature Astronomy il 2 febbraio 2023, abbiamo riportato la nostra risposta:è una sorta di turbolenza guidata dall'attrito e da intensi campi gravitazionali e magnetici.
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Studiamo i buchi neri supermassicci, quelli che si trovano al centro delle galassie e sono massicci quanto milioni o miliardi di soli.
La nostra galassia, la Via Lattea, ha al centro uno di questi giganti, con una massa di circa 4 milioni di soli. Per la maggior parte, i circa 200 miliardi di stelle che compongono il resto della galassia (incluso il nostro Sole) orbitano felicemente attorno al buco nero al centro.
Tuttavia, le cose non sono così pacifiche in tutte le galassie. Quando coppie di galassie si attraggono a vicenda tramite la gravità, molte stelle potrebbero finire per essere trascinate troppo vicine al buco nero della loro galassia. Questo finisce male per le stelle:vengono fatte a pezzi e divorate.
Siamo certi che ciò sia accaduto in galassie con buchi neri che pesano quanto un miliardo di soli, perché non riusciamo a immaginare in quale altro modo avrebbero potuto diventare così grandi. Potrebbe essere successo anche nella Via Lattea in passato.
I buchi neri possono anche alimentarsi in modo più lento e delicato:risucchiando nubi di gas espulse da stelle geriatriche note come giganti rosse.
Nel nostro studio, abbiamo osservato da vicino il processo di alimentazione dei 5.000 buchi neri a crescita più rapida nell'universo.
Negli studi precedenti abbiamo scoperto i buchi neri con l’appetito più vorace. Nel 2022, abbiamo trovato un buco nero che ogni secondo divora una quantità di materiale pari a quella della Terra. Nel 2018 abbiamo scoperto un altro buco nero che divora un intero sole ogni 48 ore.
Ma abbiamo molte domande sul loro effettivo comportamento alimentare. Sappiamo che il materiale nel suo percorso verso il buco si sviluppa a spirale in un luminoso "disco di accrescimento" che può essere abbastanza luminoso da eclissare intere galassie. Questi buchi neri che si nutrono visibilmente sono chiamati quasar.
La maggior parte di questi buchi neri sono molto, molto lontani, troppo lontani per poter vedere qualsiasi dettaglio dei dischi. Abbiamo alcune immagini di dischi di accrescimento attorno ai buchi neri vicini, ma stanno semplicemente respirando gas cosmico invece di banchettare con le stelle.
Nel nostro ultimo lavoro, abbiamo utilizzato i dati del telescopio ATLAS della NASA alle Hawaii. Esamina l'intero cielo ogni notte (tempo permettendo), monitorando gli asteroidi che si avvicinano alla Terra dall'oscurità esterna.
Queste scansioni dell’intero cielo forniscono anche una registrazione notturna del bagliore dei buchi neri affamati in profondità sullo sfondo. Il nostro team ha realizzato un filmato quinquennale di ciascuno di questi buchi neri, mostrando i cambiamenti quotidiani di luminosità causati dal vortice ribollente e ribollente del disco di accrescimento.
Lo scintillio di questi buchi neri può dirci qualcosa sui dischi di accrescimento.
Nel 1998, gli astrofisici Steven Balbus e John Hawley hanno proposto una teoria delle "instabilità magneto-rotazionali" che descrive come i campi magnetici possono causare turbolenze nei dischi. Se questa è l'idea giusta, i dischi dovrebbero sfrigolare in modo regolare. Brillerebbero secondo schemi casuali che si aprono mentre i dischi orbitano. I dischi più grandi orbitano più lentamente con un luccichio lento, mentre le orbite più strette e veloci nei dischi più piccoli brillano più rapidamente.
Ma i dischi nel mondo reale si dimostrerebbero così semplici, senza ulteriori complessità? (Se "semplice" sia la parola giusta per indicare turbolenza in un ambiente ultra-denso e fuori controllo, immerso in intensi campi gravitazionali e magnetici, dove lo spazio stesso è piegato al punto di rottura, è forse una questione separata.)
Utilizzando metodi statistici abbiamo misurato la quantità di sfarfallio della luce emessa dai nostri 5.000 dischi nel tempo. Lo schema di sfarfallio in ciascuno sembrava leggermente diverso.
Ma quando li abbiamo ordinati per dimensione, luminosità e colore, abbiamo iniziato a vedere modelli intriganti. Siamo stati in grado di determinare la velocità orbitale di ciascun disco e, una volta impostato l'orologio in modo che funzionasse alla velocità del disco, tutti gli schemi di sfarfallio hanno iniziato a sembrare uguali.
Questo comportamento universale è infatti previsto dalla teoria delle “instabilità magneto-rotazionali”. Questo è stato confortante. Significa che dopo tutto questi vortici sbalorditivi sono "semplici".
E apre nuove possibilità. Riteniamo che le restanti sottili differenze tra i dischi di accrescimento si verifichino perché li osserviamo da diversi orientamenti.
Il prossimo passo è esaminare queste sottili differenze più da vicino e vedere se contengono indizi per discernere l’orientamento di un buco nero. Alla fine, le nostre future misurazioni dei buchi neri potrebbero essere ancora più accurate.
Lupo cristiano è professore associato di astronomia e astrofisica presso l'Università Nazionale Australiana. Riceve finanziamenti dall'Australian Research Council (ARC) ed è membro dell'Astronomical Society of Australia (ASA).
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