Una stella in fuga potrebbe essersi avvicinata troppo al buco nero di una galassia lontana ed essere stata lacerata causando la perdita della corona

Al centro di una galassia lontana, un buco nero sta lentamente consumando un disco di gas che gira intorno ad esso come l’acqua che circonda uno scarico. Mentre il gas viene attirato nella “fauci” spalancate, particelle molto calde si raccolgono vicino al buco nero, sopra e sotto il disco, generando un brillante bagliore a raggi X che può essere visto a 300 milioni di anni luce di distanza sulla Terra. Questo plasma è chiamato corona del buco nero.

Due anni fa gli astronomi hanno osservato meravigliati i raggi X della corona del buco nero nella galassia nota come 1ES 1927 + 654. Essi sono scomparsi completamente, svanendo di un fattore 10.000 in circa 40 giorni. Ma 100 giorni dopo si è registrata una luminosità maggiore di circa 20 volte di prima dell’evento. La luce a raggi X proveniente da una corona di un buco nero è un sottoprodotto diretto del pasto del buco nero, quindi la scomparsa di quella luce da 1ES 1927 + 654 significa probabilmente che il suo “nutrimento” era stato interrotto. Gli scienziati ipotizzano che una stella in fuga potrebbe essersi avvicinata troppo al buco nero ed essere stata lacerata. I detriti in rapido movimento della stella potrebbero essersi schiantati attraverso il disco, disperdendo il gas.

Buco nero e stella
Questa illustrazione mostra un buco nero circondato da un disco di gas. Nella foto di sinistra, una striscia di detriti cade verso il disco. Nella foto di destra, i detriti hanno disperso parte del gas, facendo scomparire la corona (la sfera di luce bianca sopra il buco nero).
Credit: NASA / JPL-Caltech

Normalmente non vediamo variazioni come questa nell’accumulo di buchi neri“, ha detto Claudio Ricci, assistente professore all’Università Diego Portales di Santiago, in Cile, e autore principale dello studio. “Era così strano che all’inizio pensavamo che ci fosse qualcosa di sbagliato nei dati. Quando l’abbiamo visto, era reale. Ma non avevamo nemmeno idea di cosa stavamo trattando; non avevamo mai visto niente del genere“.

Buchi neri ovunque

Quasi ogni galassia nell’universo può ospitare un buco nero supermassiccio al suo centro, come quello in 1ES 1927 + 654, con masse milioni o miliardi di volte più grandi del nostro Sole. Crescono consumando il gas che li circonda, noto come disco di accrescimento. Poiché i buchi neri non emettono né riflettono la luce, non possono essere visti direttamente, ma la luce delle loro corone e dei dischi di accrescimento offre un modo per conoscere questi oggetti oscuri. L’ipotesi della stella è anche supportata dal fatto che pochi mesi prima della scomparsa del segnale radiografico, gli osservatori sulla Terra hanno visto il disco illuminarsi considerevolmente nelle lunghezze d’onda della luce visibile (quelle che possono essere viste dall’occhio umano). Ciò potrebbe derivare dalla collisione iniziale dei detriti stellari con il disco. 

Disco di accrescimento
Rappresentazione artistica del disco di accrescimento

Tanti osservatori coinvolti

L’evento che scompare in 1ES 1927 + 654 è unico non solo per il radicale cambiamento di luminosità, ma anche per quanto gli astronomi siano stati in grado di studiarlo. Il bagliore di luce visibile ha spinto Ricci e i suoi colleghi a richiedere il monitoraggio di “follow-up” del buco nero usando la star della Neutron della NASA Interior Composition Explorer (NICER), un telescopio a raggi X a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. In totale, NICER ha osservato il sistema 265 volte per 15 mesi. Un ulteriore monitoraggio dei raggi X è stato ottenuto con il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA, che ha anche osservato il sistema alla luce ultravioletta, così come il NASA Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) e l’ESA (l’Agenzia spaziale europea) XMM-Newton osservatorio (che ha il coinvolgimento della NASA).

Il NICER senza il suo rivestimento protettivo. Credit: NASA / Keith Gendreau

Quando la luce a raggi X della corona è scomparsa, NICER e Swift hanno osservato i raggi X a bassa energia dal sistema in modo che, insieme, questi osservatori fornissero un flusso continuo di informazioni durante l’evento.

Altre spiegazioni

Sebbene una stella “ribelle” sembri il colpevole più probabile, gli autori notano che potrebbero esserci altre spiegazioni per l’evento senza precedenti. Una caratteristica delle osservazioni è che il calo generale della luminosità non è stato una transizione graduale: giorno dopo giorno, i raggi X a bassa energia rilevati da NICER mostravano variazioni notevoli, a volte cambiando luminosità di un fattore 100 in un otto ore. In casi estremi, è noto che le corone del buco nero diventano 100 volte più luminose ma su scale temporali molto più lunghe. 

Questo set di dati contiene molti enigmi“, ha affermato Erin Kara, assistente professore di fisica presso il Massachusetts Institute of Technology e coautore del nuovo studio. “Ma questo è eccitante, perché significa che stiamo imparando qualcosa di nuovo sull’universo. Pensiamo che l’ipotesi della stella sia valida, ma penso anche che analizzeremo questo evento per molto tempo.

È possibile che questo tipo di estrema variabilità molto più comune nei dischi di accrescimento del buco nero di quanto gli astronomi pensino. Molti osservatori operativi e futuri sono progettati per cercare cambiamenti a breve termine nei fenomeni cosmici, una pratica nota come “astronomia nel dominio del tempo“, che potrebbe rivelare più eventi come questo. 

Osservazioni future

Questo nuovo studio è un ottimo esempio di come la flessibilità nella pianificazione delle osservazioni consenta alle missioni NASA ed ESA di studiare oggetti che si evolvono relativamente rapidamente e cercare cambiamenti a lungo termine nel loro comportamento medio“, ha affermato Michael Loewenstein, coautore dello studio e un astrofisico per la missione NICER presso l’Università del Maryland College Park e il Goddard Space Flight Center (GSFC) della NASA a Greenbelt, Maryland. “Questo buco nero tornerà allo stato in cui si trovava prima dell’evento di rottura? O il sistema è sostanzialmente cambiato? Stiamo continuando le nostre osservazioni per scoprirlo.”

Riferimenti:

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