Aiuto, mi è scomparso un buco nero

Nella galassia A2261-BCG al centro dell'ammasso, dove dovrebbe esserci uno dei più grandi buchi neri supermassicci dell'Universo, gli astronomi non sono stati in grado di trovare traccia

L’universo è composto da centinaia di miliardi di ammassi di galassie, ma Abell 2261 appartiene a una classe a sé stante. Nella galassia al centro dell’ammasso, dove dovrebbe esserci uno dei più grandi buchi neri supermassicci dell’Universo, gli astronomi nonostante le ricerche non ne hanno trovato traccia.

L’ultima ricerca effettuata ha aumentato ancora di più il mistero sull’assenza del buco nero supermassiccio: e una nuova ricerca ha solo reso l’assenza più sconcertante: se fosse stato scagliato nello spazio, avrebbe dovuto lasciare traccia del suo passaggio. Ma non c’è traccia neppure nel materiale che circonda il centro galattico.

Questo però significa che è possibile porre dei vincoli sul comportamento del buco nero supermassiccio, se si trova effettivamente al centro della galassia e come può eludere i tentativi di rilevamento.

Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture legate gravitazionalmente conosciute nell’Universo. In genere, sono gruppi formati da centinaia a migliaia di galassie legate insieme, con un’unica enorme galassia anormalmente luminosa al centro o vicino al centro, nota come la galassia a grappolo più luminosa (BCG).

Ma anche tra i BCG, il BCG di Abell 2261 (chiamato, appunto, A2261-BCG e situato a circa 2,7 miliardi di anni luce di distanza) spicca. Ha un diametro di circa un milione di anni luce, 10 volte la dimensione della Via Lattea – e ha un enorme nucleo ampio 10.000 anni luce, il più grande nucleo galattico mai osservato.

La massa della galassia è correlata alla dimensione del buco nero, quindi al centro di A2261-BCG dovrebbe esserci un mostruoso buco nero con una massa compresa tra 3 e 100 miliardi di volte la massa del Sole, che potrebbe renderlo uno dei più grandi buchi neri noti.

Ma invece di rilevare la radiazione che ci si aspetterebbe da un buco nero supermassiccio attivo, il nucleo di A2261-BCG è pervaso da una nebbia diffusa di luce stellare. Vari strumenti, tra cui l’Osservatorio a raggi X Chandra, il Very Large Array e il Telescopio Spaziale Hubble, non sono riusciti a rilevare la minima traccia di un buco nero al centro di A2261-BCG.

Ora un team di astronomi guidato da Kayhan Gultekin dell’Università del Michigan è tornato a servirsi dell’osservatorio spaziale Chandra per una serie di osservazioni più approfondite, basate sull’ipotesi che il buco nero supermassiccio sia stato espulso.

L’idea non è così folle. Ci si aspetta che i BCG crescano quando si fondono con altre galassie. Quando questo accade, anche i buchi neri supermassicci al centro di quelle galassie si fondono, muovendosi lentamente a spirale l’uno attorno l’altro prima di unirsi per diventare un buco nero più grande.

Ora sappiamo, grazie all’astronomia delle onde gravitazionali, che la fusione dei buchi neri produce onde gravitazionali che increspano la struttura  dello spazio-tempo. È possibile che, se le onde gravitazionali fossero più forti in una direzione, il rinculo gravitazionale potrebbe scagliare il buco nero risultante dalla fusione nella direzione opposta.

Trovare prove di ciò sarebbe interessante. In primo luogo, il rinculo della fusione del buco nero deve ancora essere rilevato, il che significa che è ancora un’ipotesi. Ma non sappiamo nemmeno se i buchi neri supermassicci possano effettivamente fondersi l’uno con l’altro.

Secondo le simulazioni effettuate sulle fusioni dei buchi neri supermassicci, tali fusioni non possono avvenire. Questo perché mentre la loro orbita si restringe, si restringe anche la regione dello spazio a cui possono trasferire energia. Quando i buchi neri sono a un parsec di distanza (circa 3,2 anni luce), teoricamente questa regione di spazio non è più abbastanza grande da supportare un ulteriore decadimento orbitale, quindi rimangono in un’orbita binaria stabile, potenzialmente per miliardi di anni. Questo è chiamato il problema del parsec finale.

Ci sono diversi indizi che suggeriscono che una tale fusione potrebbe aver avuto luogo nel cuore di A2261-BCG. C’è la dimensione del nucleo, ad esempio. Nel 2012, gli scienziati hanno suggerito che la fusione di due buchi neri avrebbe potuto espellere un gruppo di stelle dal nucleo. Questo spiegherebbe anche perché la concentrazione più densa di stelle si trovava a 2.000 anni luce dal nucleo.

Nel 2017, gli scienziati sono andati alla ricerca di una concentrazione di stelle ad alta densità che sarebbe stata catturata dalla gravità di un oggetto così massiccio come il buco nero supermassiccio fuso in allontanamento dal centro galattico. Dei tre gruppi, due sono stati esclusi e il terzo è stato inconcludente.

Quindi, Gultekin e il suo team hanno utilizzato Chandra per osservare più da vicino il centro di A2261-BCG e hanno combinato le osservazioni con i dati di archivio per cercare un basso livello di attività del buco nero supermassiccio. L’emissione radio aveva precedentemente dimostrato che l’ultima attività di un buco nero supermassiccio al centro della galassia ha avuto luogo circa 48 milioni di anni fa, quindi il team ha sondato anche quella regione.

Hanno esaminato inoltre le concentrazioni stellari attorno al nucleo galattico. Il team ha scoperto che la densità del gas caldo diminuisce man mano che ci si avvicina al centro; quindi la più alta densità di gas non si trova al centro del nucleo, ma attorno ad esso. Tuttavia nessuno delle regioni che hanno esaminato ha mostrato alcuna prova della radiazione X associata all’attività dei buchi neri.

Poiché i buchi neri non emettono radiazioni rilevabili da soli e di solito possiamo rilevarli solo quando catturano materia, è possibile che ci sia un buco nero al centro di A2261-BCG. Se c’è, è quiescente o cattura materia troppo lentamente per essere rilevato dai nostri strumenti.

L’altra spiegazione è che il buco nero è stato espulso molto più lontano di quanto si è ipotizzato. Strumenti più sensibili in futuro potrebbero rispondere a questa affascinante domanda.

La ricerca è stata accettata da AAS Journals ed è disponibile su arXiv .

Fonte: https://www.sciencealert.com/somehow-a-colossal-supermassive-black-hole-is-missing-in-action