Il telescopio spaziale XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea sta svolgendo un ruolo cruciale nell’indagare le più lunghe ed energetiche esplosioni di raggi X mai osservate provenienti da un buco nero appena risvegliato. Osservare questo strano comportamento in tempo reale offre un’opportunità unica per comprendere meglio questi eventi potenti e il comportamento misterioso dei buchi neri massicci.
Sebbene sappiamo che i buchi neri supermassicci (con una massa di milioni di volte quella del nostro Sole) si nascondono al centro della maggior parte delle galassie, la loro stessa natura li rende difficili da individuare e da studiare. Contrariamente all’idea popolare dei buchi neri che “divorano” costantemente materia, questi mostri gravitazionali possono trascorrere lunghi periodi in una fase dormiente e inattiva.
Questo era proprio il caso del buco nero al centro di SDSS1335+0728, una galassia distante e apparentemente insignificante situata a 300 milioni di anni luce nella costellazione della Vergine. Dopo essere rimasto inattivo per decenni, all’improvviso si è “acceso” e ha iniziato recentemente a emettere lampi di luce X senza precedenti.
I primi segnali di attività sono emersi alla fine del 2019, quando la galassia ha iniziato a brillare inaspettatamente, attirando l’attenzione degli astronomi. Dopo anni di osservazioni, hanno concluso che questi cambiamenti insoliti erano probabilmente dovuti al fatto che il buco nero si fosse improvvisamente “riattivato“. La regione centrale brillante e compatta della galassia è ora classificata come nucleo galattico attivo, soprannominato “Ansky”.
“Quando abbiamo visto per la prima volta Ansky accendersi nelle immagini ottiche, abbiamo attivato osservazioni di follow-up utilizzando il telescopio spaziale a raggi X Swift della NASA e abbiamo controllato i dati d’archivio del telescopio a raggi X eROSITA, ma all’epoca non abbiamo trovato alcuna traccia di emissioni di raggi X”, ha spiegato Paula Sánchez Sáez, ricercatrice presso l’European Southern Observatory e leader del team che ha studiato per primo l’attivazione del buco nero.
Ansky si risveglia
Poi, nel febbraio 2024, un team guidato da Lorena Hernández-García, ricercatrice presso l’Università di Valparaíso in Cile, ha iniziato a osservare esplosioni di raggi X provenienti da Ansky a intervalli quasi regolari.
“Questo raro evento offre agli astronomi l’opportunità di osservare il comportamento di un buco nero in tempo reale, utilizzando i telescopi spaziali a raggi X XMM-Newton e i telescopi della NASA NICER, Chandra e Swift. Questo fenomeno è noto come eruzione quasi periodica, o QPE. Le QPE sono eventi di brillamento di breve durata. Ed è la prima volta che osserviamo un evento simile in un buco nero che sembra risvegliarsi“, ha spiegato Lorena Hernández-García. “Il primo episodio di QPE è stato scoperto nel 2019, e da allora ne abbiamo rilevati solo una manciata. Non sappiamo ancora cosa li provochi. Studiare Ansky ci aiuterà a comprendere meglio i buchi neri e come si evolvono“. “XMM-Newton ha avuto un ruolo fondamentale nel nostro studio. È l’unico telescopio a raggi X abbastanza sensibile da rilevare la debole luce di fondo a raggi X tra un’esplosione e l’altra. Grazie a XMM-Newton, siamo riusciti a misurare quanto Ansky si affievolisca tra i lampi, il che ci ha permesso di calcolare quanta energia Ansky rilascia quando si illumina e inizia a lampeggiare“.
Decifrare un comportamento sconcertante
La gravità di un buco nero cattura la materia che si avvicina troppo e può farla a pezzi. La materia di una stella catturata, ad esempio, verrebbe distribuita in un disco di accrescimento caldo, brillante e in rapida rotazione. L’ipotesi attuale è che le QPE siano causate da un oggetto (che potrebbe essere una stella o un piccolo buco nero) che interagisce con questo disco di accrescimento, e sono state collegate alla distruzione di una stella. Tuttavia, non ci sono prove che Ansky abbia distrutto una stella.
Le caratteristiche straordinarie dei lampi ricorrenti di Ansky hanno spinto il team di ricerca a considerare altre possibilità. Il disco di accrescimento potrebbe essersi formato dal gas catturato dal buco nero nel suo vicinato, e non da una stella disgregata. In questo scenario, i bagliori di raggi X proverrebbero da shock altamente energetici nel disco, provocati dal passaggio ripetuto di un piccolo oggetto celeste che attraversa e disturba il materiale in orbita.
“I lampi di raggi X di Ansky durano dieci volte di più e sono dieci volte più luminosi rispetto a quelli di una tipica QPE“, ha affermato Joheen Chakraborty, membro del team e dottorando presso il Massachusetts Institute of Technology, USA. “Ognuna di queste eruzioni rilascia cento volte più energia rispetto a quelle osservate altrove. Inoltre, le eruzioni di Ansky mostrano la cadenza più lunga mai osservata, circa 4,5 giorni. Questo spinge i nostri modelli al limite e mette in discussione le idee attuali su come vengano generati questi lampi di raggi X“.
Osservare un buco nero in azione
Poter osservare l’evoluzione di Ansky in tempo reale è un’opportunità senza precedenti per gli astronomi per saperne di più sui buchi neri e sugli eventi energetici che alimentano.
“Per le QPE, siamo ancora in una fase in cui abbiamo più modelli che dati, e abbiamo bisogno di ulteriori osservazioni per capire cosa sta succedendo“, ha affermato Erwan Quintin, ricercatore ESA e astronomo specializzato in raggi X. “Pensavamo che le QPE fossero il risultato della cattura di piccoli oggetti celesti da parte di oggetti molto più grandi, con conseguente spirale verso il centro. Ma le eruzioni di Ansky sembrano raccontarci una storia diversa. Questi lampi ripetuti sono probabilmente anche associati a onde gravitazionali, che la futura missione LISA dell’ESA potrebbe riuscire a rilevare“.
“È fondamentale disporre di queste osservazioni a raggi X, che completeranno i dati sulle onde gravitazionali e ci aiuteranno a risolvere il comportamento sconcertante dei buchi neri massicci“, conclude il ricercatore
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