Prima rilevazione di un buco nero supermassiccio secondario in un pozzo

Nei centri delle galassie attive sono presenti buchi neri supermassicci che pesano diversi miliardi di volte la massa del nostro Sole.

Gli astronomi li osservano come nuclei galattici luminosi in cui il buco nero supermassiccio della galassia divora la materia da un violento vortice chiamato disco di accrescimento. Parte della materia viene espulsa in un potente getto. Questo processo fa risplendere il nucleo galattico attraverso l’intero spettro elettromagnetico.

In uno studio recente, gli astronomi hanno trovato prove dell’esistenza di due buchi neri supermassicci che ruotano l’uno intorno all’altro attraverso segnali provenienti dai getti associati all’accrescimento di materia in entrambi i buchi neri. La galassia, o quasar come viene tecnicamente chiamata, si chiama OJ287 ed è studiata in modo più approfondito e meglio compresa come un sistema binario di buchi neri. Nel cielo, i buchi neri sono così vicini che si fondono in un unico punto. Il fatto che il punto sia in realtà costituito da due buchi neri diventa evidente rilevando che emette due diversi tipi di segnali.

La galassia attiva OJ 287 si trova in direzione della costellazione del Cancro ad una distanza di circa 5 miliardi di anni luce ed è stata osservata dagli astronomi dal 1888. Già più di 40 anni fa, l'astronomo dell'Università di Turku Aimo Sillanpää e i suoi collaboratori l'hanno notato c'è uno schema prominente nella sua emissione che ha due cicli, uno di circa 12 anni e il più lungo di circa 55 anni. Hanno suggerito che i due cicli derivino dal movimento orbitale di due buchi neri l’uno attorno all’altro. Il ciclo più breve è il ciclo orbitale e quello più lungo risulta da una lenta evoluzione dell'orientamento dell'orbita.

Il movimento orbitale è rivelato da una serie di bagliori che si verificano quando il buco nero secondario si tuffa regolarmente attraverso il disco di accrescimento del buco nero primario a velocità leggermente inferiori a quella della luce. Questa immersione del buco nero secondario riscalda il materiale del disco e il gas caldo viene rilasciato sotto forma di bolle in espansione. Queste bolle calde impiegano mesi per raffreddarsi mentre si irradiano e provocano un lampo di luce – un bagliore – che dura circa due settimane ed è più luminoso di un trilione di stelle.

Dopo decenni di sforzi per stimare i tempi dell'immersione del buco nero secondario attraverso il disco di accrescimento, gli astronomi dell'Università di Turku in Finlandia guidati da Mauri Valtonen e il suo collaboratore Achamveedu Gopakumar del Tata Institute of Fundamental Research di Mumbai, in India, e altri sono stati in grado di modellare l'orbita e di prevedere con precisione quando si sarebbero verificati questi brillamenti.

Campagne di osservazione di successo nel 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015 e 2019 hanno permesso al team di osservare i brillamenti previsti e di confermare la presenza di una coppia di buchi neri supermassicci in OJ 287.

"Il numero totale di brillamenti previsti ora ammonta a 26, e quasi tutti sono stati osservati. Il buco nero più grande di questa coppia pesa più di 18 miliardi di volte la massa del nostro Sole mentre il compagno è circa 100 volte più leggero e la loro orbita è oblungo, non circolare," dice il professor Achamveedu Gopakumar.

Nonostante questi sforzi, gli astronomi non sono riusciti a osservare un segnale diretto proveniente dal buco nero più piccolo. Prima del 2021, la sua esistenza era stata dedotta solo indirettamente dai brillamenti e dal modo in cui fa oscillare il getto del buco nero più grande.

"I due buchi neri sono così vicini l'uno all'altro nel cielo che non è possibile vederli separatamente, nei nostri telescopi si fondono in un unico punto. Solo se vediamo segnali chiaramente separati da ciascun buco nero possiamo dire di averli effettivamente " li ho visti" entrambi", dice l'autore principale, il professor Mauri Valtonen.

Buco nero più piccolo osservato direttamente per la prima volta

È interessante notare che le campagne di osservazione nel 2021/2022 su OJ 287 utilizzando un gran numero di telescopi di vario tipo hanno permesso ai ricercatori di ottenere osservazioni del buco nero secondario che immerge per la prima volta attraverso il disco di accrescimento e i segnali provenienti dal buco nero più piccolo si.