I buchi neri supermassicci di solito si trovano, più o meno stazionari, al centro delle galassie. Ma non tutti questi fantastici oggetti cosmici rimangono fermi; alcuni possono oscillare intorno alle galassie come nomadi cosmici.
Chiamiamo tali buchi neri “vagabondi” e sono in gran parte teorici, perché sono difficili (ma non impossibili) da osservare e quindi quantificare. Ora, una nuova serie di simulazioni ha permesso a un team di scienziati di capire quanti vagabondi dovrebbero esserci e dove si trovano, il che potrebbe aiutarci a individuarli.
Ciò potrebbe avere importanti implicazioni per la nostra comprensione di come i buchi neri supermassicci – mostri grandi da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole – si formano e crescono, un processo avvolto nel mistero.
I cosmologi pensano che i buchi neri supermassicci (SMBH) risiedano nei nuclei di tutte – o almeno della maggior parte – delle galassie dell’Universo. Le masse di questi oggetti sono solitamente approssimativamente proporzionali alla massa del rigonfiamento galattico centrale che li circonda, il che suggerisce che l’evoluzione del buco nero e della sua galassia siano in qualche modo collegate.
Ma i percorsi di formazione dei buchi neri supermassicci non sono chiari. Sappiamo che i buchi neri di massa stellare si formano dal collasso del nucleo di stelle massicce, ma questo meccanismo non funziona per i buchi neri di massa superiore a circa 55 volte la massa del Sole.
Gli astronomi pensano che i SMBH crescano attraverso l’assorbimento di stelle, gas e polvere e la fusione con altri buchi neri (anche quelli di altre galassie, quando queste si scontrano).
Ma le scale temporali cosmologiche sono molto diverse dalle scale temporali umane e il processo di collisione di due galassie può richiedere molto tempo. Ciò rende la finestra potenziale per l’interruzione della fusione piuttosto ampia e il processo potrebbe essere ritardato o addirittura impedito del tutto, producendo questi buchi neri “vagabondi”.
Un team di astronomi guidato da Angelo Ricaarte dell’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics ha utilizzato le simulazioni cosmologiche di Romulus per stimare con quale frequenza ciò avrebbe potuto verificarsi in passato e quanti buchi neri vaganti potrebbero esserci oggi.
Queste simulazioni tracciano in modo coerente l’evoluzione orbitale di coppie di buchi neri supermassicci, il che significa che sono in grado di prevedere quali buchi neri potrebbero raggiungere il centro della loro nuova casa galattica e quanto tempo dovrebbe richiedere questo processo. come quanti non ci arrivano mai.
“Romulus prevede che molti sistemi binari di buchi neri supermassicci si formeranno dopo diversi miliardi di anni di evoluzione orbitale, mentre alcuni SMBH non arriveranno mai al centro“, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
“Di conseguenza, si scopre che le galassie di massa della Via Lattea in Romulus ospitano una media di 12 buchi neri supermassicci, che in genere vagano nell’alone, lontano dal centro galattico“.
Nell’Universo primordiale, prima di circa 2 miliardi di anni dopo il Big Bang, il team ha scoperto che i vagabondi sono più numerosi e superano i buchi neri supermassicci nei nuclei galattici. Ciò significa che ci aspetteremmo di vedere brillare dal materiale attorno agli SMBH attivi, emettendo un bagliore luminoso mentre orbita e si accumula sul buco nero.
Rimangono vicini alla loro massa seme – cioè la massa in cui si sono formati – e probabilmente hanno origine in galassie satelliti più piccole che orbitano attorno a quelle più grandi.
E alcuni buchi neri supermassicci vagabondi dovrebbero essere ancora in giro oggi, secondo le simulazioni. Nell’Universo locale, in realtà dovrebbero essercene parecchi in giro.
“Troviamo che il numero di buchi neri vaganti scala approssimativamente in modo lineare con la massa dell’alone, in modo tale che ci aspettiamo migliaia di buchi neri vaganti negli aloni degli ammassi di galassie“, hanno scritto i ricercatori.
“A livello locale, questi vagabondi rappresentano circa il 10 percento del budget di massa del buco nero locale una volta che le masse di semi sono state contabilizzate“.
Questi buchi neri potrebbero non essere necessariamente attivi e quindi sarebbero molto difficili da individuare. In un prossimo articolo, il team esplorerà in dettaglio i possibili modi in cui potremmo osservare questi vagabondi perduti.
Quindi tutto ciò che dobbiamo fare è trovare i buchi neri di massa stellare e intermedia perduti …
La ricerca è stata pubblicata in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
