Concetto artistico di un buco nero supermassiccio e del suo disco di gas circostante. Incorporati all'interno di questo disco ci sono due buchi neri più piccoli che orbitano l'uno intorno all'altro. Utilizzando i dati dello Zwicky Transient Facility (ZTF) presso l'Osservatorio di Palomar, i ricercatori hanno identificato un bagliore di luce che si sospetta provenga da una di queste coppie binarie subito dopo la fusione in un buco nero più grande. La fusione dei buchi neri li avrebbe fatti muovere in una direzione all'interno del disco, solcando il gas in modo da creare un bagliore di luce. Il ritrovamento, pur non essendo confermato, potrebbe equivalere alla prima volta che la luce è stata vista da una coppia di buchi neri coalescenti. Questi buchi neri in fusione sono stati individuati per la prima volta il 21 maggio, 2019, dal Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) della National Science Foundation e dal rivelatore europeo Virgo, che captava le onde gravitazionali generate dalla fusione. Credito:Caltech/R. Ferita (IPAC)
Quando due buchi neri si muovono a spirale l'uno intorno all'altro e alla fine si scontrano, inviano increspature nello spazio e nel tempo chiamate onde gravitazionali. Perché i buchi neri non emettono luce, questi eventi non dovrebbero brillare con alcuna onda luminosa, o radiazioni elettromagnetiche. Centro per laureati, Gli astrofisici della CUNY K. E. Saavik Ford e Barry McKernan hanno ipotizzato i modi in cui una fusione di buchi neri potrebbe esplodere di luce. Ora, per la prima volta, gli astronomi hanno visto le prove di uno di questi scenari di produzione di luce. I loro risultati sono disponibili negli attuali numeri di Lettere di revisione fisica .
Un team composto da scienziati del Graduate Center, CUNY; Zwicky Transient Facility (ZTF) di Caltech; Comune di Manhattan Community College (BMCC); e l'American Museum of Natural History (AMNH) ha individuato quello che sembra essere un bagliore di luce proveniente da una coppia di buchi neri che si uniscono. L'evento (denominato S190521g) è stato identificato per la prima volta dall'Osservatorio dell'interferometro laser delle onde gravitazionali (LIGO) della National Science Foundation (NSF) e dal rilevatore europeo Virgo il 21 maggio, 2019. Quando i buchi neri si sono fusi, oscillando spazio e tempo, inviavano onde gravitazionali. Poco dopo, gli scienziati della ZTF, che si trova presso l'Osservatorio Palomar vicino a San Diego, hanno esaminato le loro registrazioni dello stesso evento e hanno individuato quello che potrebbe essere un bagliore di luce proveniente dai buchi neri che si uniscono.
"Al centro della maggior parte delle galassie si nasconde un buco nero supermassiccio. È circondato da uno sciame di stelle e stelle morte, compresi i buchi neri, " ha detto il coautore dello studio Ford, un professore del Graduate Center, BMCC e AMNH. "Questi oggetti sciamano come api arrabbiate intorno alla mostruosa ape regina al centro. Possono trovare brevemente partner gravitazionali e accoppiarsi, ma di solito perdono rapidamente i loro partner a causa della folle danza. Ma nel disco di un buco nero supermassiccio, il flusso di gas converte il mosh pit dello sciame in un classico minuetto, organizzare i buchi neri in modo che possano accoppiarsi, " lei dice.
Una volta che i buchi neri si fondono, il nuovo, il buco nero ora più grande sperimenta un calcio che lo invia in una direzione casuale, e attraversa il gas nel disco. "È la reazione del gas a questo proiettile in corsa che crea un bagliore luminoso, visibile con i telescopi, " ha detto il co-autore McKernan, un professore di astrofisica con The Graduate Center, BMCC e AMNH.
"Questo buco nero supermassiccio ha gorgogliato per anni prima di questo brillamento più improvviso, " ha detto l'autore principale dello studio Matthew Graham, professore di astronomia al Caltech e scienziato del progetto per ZTF. "Il bagliore si è verificato nella giusta tempistica, e nel posto giusto, coincidere con l'evento dell'onda gravitazionale. Nel nostro studio, concludiamo che il flare è probabilmente il risultato di una fusione di buchi neri, ma non possiamo escludere completamente altre possibilità".
"ZTF è stato specificamente progettato per identificare nuovi, raro, e tipi variabili di attività astronomica come questa, " ha affermato il direttore della divisione di scienze astronomiche della NSF Ralph Gaume. "Il supporto della NSF alla nuova tecnologia continua ad espandere il modo in cui possiamo tenere traccia di tali eventi".
Si prevede che tale brillamento inizi giorni o settimane dopo lo spruzzo iniziale di onde gravitazionali prodotte durante la fusione. In questo caso, ZTF non ha preso subito l'evento, ma quando gli scienziati sono tornati indietro e mesi dopo hanno esaminato le immagini ZTF d'archivio, hanno trovato un segnale che è iniziato giorni dopo l'evento di onde gravitazionali del maggio 2019. ZTF ha osservato che il bagliore svanisce lentamente nell'arco di un mese.
Gli scienziati hanno tentato di ottenere uno sguardo più dettagliato sulla luce del buco nero supermassiccio, chiamato spettro, ma quando hanno guardato, il bagliore era già svanito. Uno spettro avrebbe offerto più supporto all'idea che il brillamento provenisse dalla fusione di buchi neri all'interno del disco del buco nero supermassiccio. Però, i ricercatori affermano di essere stati in grado di escludere in gran parte altre possibili cause per il bagliore osservato, inclusa una supernova o un evento di interruzione delle maree, che si verifica quando un buco nero essenzialmente mangia una stella.
Inoltre, il team dice che non è probabile che il bagliore provenga dai soliti brontolii del buco nero supermassiccio, che si nutre regolarmente del disco circostante. Utilizzando il sondaggio sui transitori in tempo reale di Catalina, guidato da Caltech, sono stati in grado di valutare il comportamento del buco nero negli ultimi 15 anni, e ha scoperto che la sua attività era relativamente normale fino a maggio del 2019, quando improvvisamente si è intensificato.
"I buchi neri supermassicci come questo hanno sempre razzi. Non sono oggetti silenziosi, ma il tempismo, dimensione, e la posizione di questo bagliore era spettacolare, " ha detto il coautore Mansi Kasliwal (MS '07, dottorato di ricerca '11), un assistente professore di astronomia al Caltech. "La ragione per cui cercare brillamenti come questo è così importante è che aiuta enormemente con le domande di astrofisica e cosmologia. Se possiamo farlo di nuovo e rilevare la luce dalle fusioni di altri buchi neri, quindi possiamo inchiodare le case di questi buchi neri e saperne di più sulle loro origini".
Il buco nero appena formato dovrebbe causare un altro flare nei prossimi anni. Il processo di fusione ha dato all'oggetto un calcio che dovrebbe farlo entrare di nuovo nel disco del buco nero supermassiccio, producendo un altro lampo di luce che ZTF dovrebbe essere in grado di vedere.
Il documento è intitolato, "Una controparte elettromagnetica candidata all'evento dell'onda gravitazionale della fusione di buchi neri binari GW190521g."
