Gli astronomi dell’Università dell’Arizona hanno analizzato le osservazioni dei brillamenti di raggi X e hanno fornito i dati con modelli teorici, registrando un incontro fatale tra una sfortunata stella e un buco nero di massa intermedia. Sebbene sembri che i figli dei buchi neri non abbiano nulla in comune, sotto un aspetto sono molto simili. Entrambi possono rovinare il “tavolo da pranzo” e generare molte prove che è stato mangiato.

Un orsetto può lasciare residui di spaghetti o macchie di yogurt e un buco nero, un buongustaio di alto profilo, può portare a conseguenze disastrose. Quando un buco nero inghiotte una stella, produce quello che gli astronomi chiamano un “evento di distruzione della forza di marea”. Il cracking di stelle deboli è accompagnato da un’esplosione di radiazioni che può essere più brillante per mesi o addirittura anni rispetto alla somma di ogni stella nella galassia in cui si trova il buco nero.

In un documento di ricerca pubblicato su The Astrophysical Journal, un team di astronomi guidato da Xixiang Wen, un assistente di ricerca post-dottorato presso lo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona, ha utilizzato i raggi X emessi da un evento di distruzione mareale chiamato J2150, per misurare la massa e la rotazione del buco nero per la prima volta. Questo buco nero appartiene a un tipo speciale: un buco nero di media massa, che non è stato osservato per molto tempo.

“Siamo stati in grado di catturare questo buco nero quando ha ingoiato una stella, il che ci offre un’opportunità insolita di osservare cose che altrimenti non sarebbero visibili”, ha detto Ann Zablodoff, professore di astronomia all’Arizona State University e co-autrice del ricerca. “Non solo, analizzando i brillamenti, possiamo comprendere meglio questi sfuggenti buchi neri, che sono probabilmente responsabili della maggior parte dei buchi neri al centro della galassia”.

Rianalizzando i dati dei raggi X utilizzati per osservare il bagliore di J2150 e confrontandolo con modelli teorici complessi, gli autori mostrano che il brillamento è nato da un incontro tra una sfortunata stella e un buco nero di media massa. La massa del buco nero medio in questione è particolarmente bassa – rispetto a un buco nero – circa 10.000 volte la massa del Sole.

I raggi X emessi dal disco interno formato da frammenti di una stella morta permettono di dedurre la massa e la rotazione di questo buco nero e di classificarlo come buco nero intermedio.

Quando la stella è molto vicina al buco nero, la forza di gravità genera una forte forza di marea, causando la frantumazione della stella in un flusso di gas, provocando una catastrofe chiamata evento di distruzione delle maree. Viene rilasciata un’enorme quantità di energia, in alcuni casi causando disturbi di marea per sopraffare la sua galassia.

Dozzine di eventi di distruzione mareale sono stati osservati nei centri di grandi galassie che ospitano buchi neri supermassicci, e alcuni eventi di distruzione mareale sono stati osservati anche nei centri di piccole galassie che possono contenere buchi neri intermedi. Tuttavia, i dati precedenti non sono stati sufficientemente dettagliati per dimostrare che una singola esplosione di danni da marea è causata da un buco nero intermedio.

“Grazie alle recenti osservazioni astronomiche, sappiamo che quasi tutte le galassie di dimensioni simili o maggiori alla nostra Via Lattea hanno buchi neri supermassicci di massa centrale al loro centro”, ha affermato Nicholas Stone, coautore del rapporto di ricerca e docente senior presso la Jewish Università di Gerusalemme fino a 10 miliardi di volte la massa del nostro Sole, e quando molto gas interstellare cade nelle vicinanze, diventano potenti fonti di radiazioni elettromagnetiche”.

La massa di questi buchi neri è strettamente correlata alla massa totale della galassia in cui si trovano; Le galassie più grandi contengono i più grandi buchi neri supermassicci.

“Non sappiamo ancora molto sulla presenza di buchi neri al centro di piccole galassie nella Via Lattea”, ha affermato il coautore Peter Juncker dell’Università di Radberg nei Paesi Bassi e dell’Istituto olandese SRON per la ricerca spaziale. “A causa dei limiti osservativi, è molto difficile trovare un buco nero centrale con una massa molto più piccola di un milione di soli”.

Secondo Juncker, sebbene siano considerati abbondanti, l’origine dei buchi neri supermassicci è ancora sconosciuta e attualmente ci sono molte teorie diverse in competizione per spiegarli. I buchi neri di media massa possono essere i semi di buchi neri supermassicci. “Quindi, se possiamo capire meglio il numero di veri buchi neri intermedi, può aiutare a identificare correttamente i buchi neri supermassicci che si sono formati”, ha detto.

Ancora più emozionante è la girometria del J2150 che il team è riuscito a ottenere. Le misurazioni dello spin forniscono indizi sulla crescita dei buchi neri e possono anche fornire indizi sulla fisica delle particelle. Questo buco nero ha una rotazione veloce, ma non la più veloce possibile, e questo solleva una domanda: come fa un buco nero a formare finalmente una rotazione in questa banda. La rotazione misurata esclude la situazione in cui un buco nero si sposta dall’ingestione costante di gas o da molti cibi spazzatura gassosi in direzioni casuali per un lungo periodo di tempo.

Inoltre, la misurazione dello spin consente agli astrofisici di testare ipotesi sulla natura della materia oscura, che si ritiene costituisca la maggior parte della materia nell’universo. La materia oscura può essere costituita da particelle elementari sconosciute che non sono state viste in esperimenti di laboratorio. Stone ha spiegato che le particelle candidate includono particelle ipotetiche chiamate bosoni leggeri.

Se queste particelle fossero presenti e avessero una massa entro un certo intervallo, impedirebbero a un buco nero di media massa di ruotare rapidamente. Tuttavia, il buco nero di J2150 sta girando velocemente. Pertanto, la misurazione dello spin esclude un’ampia classe di teorie sui bosoni molto leggeri, dimostrando il valore dei buchi neri come laboratori extraterrestri di fisica delle particelle.

Gli autori sperano che nuove osservazioni sui danni mareali nei brillamenti consentiranno agli astronomi di colmare il vuoto nella distribuzione di massa dei buchi neri. Se si scopre che la maggior parte delle galassie nane contiene buchi neri di massa intermedia, domineranno il tasso di distruzione mareale delle stelle. Abbinando l’emissione di raggi X di questi brillamenti con modelli teorici, possiamo condurre un’indagine generale sulla popolazione di buchi neri di media massa nell’universo.

Tuttavia, per fare ciò, devono essere osservati più eventi di distruzione di marea. Ecco perché gli astronomi nutrono grandi speranze per i prossimi nuovi telescopi, tra cui l’Osservatorio Vera-C-Rubin, noto anche come “Space and Time Legacy Survey”, che dovrebbe rilevare migliaia di eventi di distruzione mareale ogni anno.