Al centro di una galassia a 1,2 miliardi di anni luce dalla Terra, gli astronomi affermano di aver visto segnali che due buchi neri giganti, con una massa combinata di centinaia di milioni di Soli, si stanno preparando per una fusione catastrofica tra 100 giorni. L’evento, se dovesse accadere, sarebbe importante per l’astronomia, offrendo uno sguardo su un meccanismo a lungo previsto, ma mai osservato, relativo all’accrescimento di un buco nero. Potrebbe anche scatenare un’esplosione di luce attraverso lo spettro elettromagnetico, nonché un’ondata di onde gravitazionali e particelle chiamate neutrini che potrebbero rivelare importanti dettagli della collisione.
Non appena il documento è apparso la scorsa settimana sul server di prestampa arXiv, altri astronomi, ansiosi di confermare i segnali, si affrettati ad assicurarsi tempo di osservazione dei telescopi, ha affermato il membro del team Huan Yang del Perimeter Institute di Waterloo, in Canada: “Abbiamo visto persone agire abbastanza velocemente,” ha detto. Emma Kun dell’Osservatorio Konkoly di Budapest, in Ungheria, ha iniziato a perlustrare gli archivi delle osservazioni radio per la conferma del segnale: “Se il boom si verificherà, confermerà molte cose,” ha dichiarato.
La previsione, però, potrebbe essere un miraggio. Non è chiaro se la galassia osservata contenga una coppia di buchi neri, tantomeno una coppia che sta per fondersi, ha spiegato Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory, che ha trovato le prove presentate “abbastanza circostanziali“.
Si pensa che i buchi neri supermassicci si nascondano nel cuore della maggior parte delle galassie, ma i teorici non sanno come fanno a crescere così tanto. Alcuni aspirano sporadicamente il materiale circostante, riscaldandolo ferocemente e facendo brillare la galassia come un cosiddetto Nucleo Galattico Attivo (AGN), ma il materiale potrebbe non essere sufficiente per spiegare la massa dei buchi neri. Potrebbero aumentare di peso più rapidamente attraverso le fusioni: dopo la collisione delle galassie, i loro buchi neri centrali si legano gravitazionalmente, e gradualmente si uniscono in una spirale.
Tali coppie di buchi neri non sono facili da rilevare. I telescopi a raggi X hanno scoperto una manciata di AGN con due sorgenti centrali luminose e separate, ma i presunti buchi neri sono distanti centinaia di anni luce e non dovrebbero collidere per miliardi di anni. Una volta che si avvicinano, è quasi impossibile separare la loro luce con un telescopio. Alcuni AGN, però, si attenuano e si illuminano regolarmente, cosa che, come sostenuto recentemente dagli astronomi, è un segno che ospitano coppie di buchi neri in orbita l’uno intorno all’altro che agitano e riscaldano regolarmente il materiale circostante. Alcune di queste oscillazioni periodiche sono svanite, tuttavia, mettendo in discussione l’interpretazione binaria. “Gli AGN fanno ogni sorta di cose assurde che non capiamo,” ha dichiarato Ransom.
Partendo dai dati di un telescopio di rilevamento in California chiamato Zwicky Transient Facility (ZTF), un team guidato da Ning Jiang dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina si è imbattuto in un AGN periodico chiamato SDSSJ1430+2303: “Il mio primo istinto è stato che doveva essere correlato a una coppia di buchi neri supermassicci,” ha affermato Jiang.
In seguito, i ricercatori hanno scoperto qualcosa in più: una tendenza che interpretano come una coppia binaria che si avvicina a una fusione. I cicli si accorciavano, passando da 1 anno a 1 mese nell’arco di 3 anni. È “il primo rapporto ufficiale di periodi di decadimento che si sono ridotti nel tempo,” ha affermato Youjun Lu, astrofisico teorico presso gli Osservatori astronomici nazionali della Cina.
I ricercatori hanno confermato l’oscillazione di un mese nelle osservazioni a raggi X dall’Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA in orbita. Se questa tendenza decrescente continuerà, i buchi neri, che secondo Jiang si avvicinano l’uno all’altro quanto la distanza Sole-Plutone, si fonderanno nei prossimi 100-300 giorni, secondo quanto viene riportato nello studio, che non è stato sottoposto a peer review.
Se la fusione avverrà, gli osservatori potrebbero avere una giornata campale. “Dovrebbe esserci un’enorme esplosione attraverso lo spettro elettromagnetico, dai raggi gamma a radio,” ha affermato Kun. Alcuni si aspettano anche una marea di neutrini, che il rivelatore IceCube al Polo Sud – un chilometro cubo di ghiaccio polare dotato di sensori di luce per rilevare gli impatti dei neutrini – potrebbe raccogliere. Nessuna delle due ipotesi, tuttavia, è certa. Alcuni prevedono un gemito piuttosto che un botto. “Non sappiamo davvero cosa aspettarci,” ha dichiarato Ransom.
L’unico segnale certo sono le onde gravitazionali, ma le poderose masse in collisione le emetterebbero a una frequenza troppo bassa per essere rilevate da rivelatori come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, che è sintonizzato su fusioni più piccole. Dovrebbero, tuttavia, lasciare un’impronta sullo spaziotempo stesso, una sorta di “rilassamento” della distanza e del tempo soprannominato memoria dell’onda gravitazionale, che potrebbe essere rilevato nel corso di molti anni monitorando gli impulsi metronomici di resti stellari rotanti noti come pulsar. “È un segnale molto difficile da misurare,” ha spiegato Ransom, “ma sarebbe definitivo, una pistola fumante” della fusione di buchi neri supermassicci.
Ransom, però, è pronto alla delusione. Lui e altri sottolineano che il team sta basando la sua previsione solo su una manciata di cicli osservati. Il teorico Daniel D’Orazio del Niels Bohr Institute di Copenaghen, in Danimarca, afferma che anche alcuni aspetti della curva di luce dell’AGN sollevano dubbi. Ad esempio, ha dichiarato, gli archivi ZTF mostrano che SDSSJ1430+2303 non aveva un’oscillazione periodica negli anni prima che il team di Jiang la scoprisse; la sua emissione debole e costante sembrava quindi più simile a un AGN standard con un singolo buco nero supermassiccio. “Perché (l’oscillazione) si è attivata ora?” è la domanda di D’Orazio. “Non sono sicuro di come quell’emissione costante si adatti ai modelli di emissione binaria“.
Le osservazioni nei prossimi mesi dovrebbero mostrare se l’oscillazione continua ad accorciarsi. Il team ha dovuto interrompere le sue osservazioni nell’agosto 2021, quando l’orbita terrestre ha portato la galassia lontana troppo vicina al Sole perché i telescopi potessero osservarla in sicurezza. Le osservazioni sono riprese a novembre, ma da allora problemi tecnici hanno reso inattivo sia ZTF che Swift.
Andrew Fabian dell’Università di Cambridge è tra gli astronomi che monitoreranno l’evento, grazie al Neutron star Interior Composition Explorer della NASA, un telescopio a raggi X di cui è dotata la Stazione Spaziale Internazionale. “Se questo è vero, allora è importante ottenere quante più osservazioni possibili ora per vedere cosa sta facendo,” ha affermato. Secondo Fabian la possibilità che una tale fusione avvenga così vicino alla Terra in un dato anno è di una su 10.000. È scettico sul fatto che sia imminente, ma ritiene che valga la pena monitorare la situazione per alcuni mesi per vedere se la tesi regge. “Eventi rari accadono,” ha dichiarato.