Un lampo di luce più luminoso di un trilione di stelle porta alla scoperta di un buco nero supermassiccio

Di Università di Turku9 giugno 2023

Illustrazione artistica di OJ287 come sistema binario di buco nero. Il buco nero secondario di 150 milioni di masse solari si muove attorno al buco nero primario di 18 miliardi di masse solari. Un disco di gas circonda quest'ultimo. Il buco nero secondario è costretto a impattare due volte sul disco di accrescimento durante la sua orbita di 12 anni. L’impatto produce un lampo blu che è stato rilevato nel febbraio 2022. Inoltre, l’impatto induce anche il buco nero secondario a esplosioni luminose di radiazione diverse settimane prima, e queste esplosioni sono state rilevate anche come segnale diretto dal buco nero secondario. Credito: AAS 2018

Un team internazionale di astronomi ha osservato il secondo dei due buchi neri supermassicci che si orbitano l’un l’altro in una galassia attiva OJ 287.

Researchers have discovered two supermassive black holes orbiting each other in the galaxy OJ287. Predicted flares from the black holes were accurately observed, confirming the binary system hypothesis. For the first time, the secondary black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">black hole was directly observed in 2021/2022, and new types of flares were detected. These findings highlight OJ287 as a prime candidate for further study of gravitational wavesGravitational waves are distortions or ripples in the fabric of space and time. They were first detected in 2015 by the Advanced LIGO detectors and are produced by catastrophic events such as colliding black holes, supernovae, or merging neutron stars." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">onde gravitazionali.

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 ho notato che 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.