I buchi neri supermassicci riescono ad alimentarsi grazie a giganteschi filamenti di gas che trasportano materia dalle regioni più esterne della galassia fino al disco rotante che circonda il buco nero. È quanto mostrano le immagini più dettagliate mai ottenute del fenomeno dal James Webb Space Telescope (JWST), che aiutano a risolvere uno dei principali enigmi dell’astrofisica: come facciano questi oggetti a continuare a crescere nonostante i potenti getti di energia che essi stessi producono riscaldino il gas circostante, apparentemente interrompendo il rifornimento di materia. Lo studio, coordinato dall’Université de Montreal con la partecipazione della Michigan State University, è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
Come si nutrono i buchi neri supermassicci?
Quasi tutte le grandi galassie ospitano al proprio centro un buco nero supermassiccio, con una massa milioni o miliardi di volte superiore a quella del Sole. Quando questi oggetti iniziano a inglobare gas e polveri diventano nuclei galattici attivi (AGN), emettendo enormi getti di energia capaci di influenzare l’intera evoluzione della galassia, limitando ad esempio la formazione di nuove stelle. Da anni, gli astronomi si chiedono come questi buchi neri possano continuare ad alimentarsi se proprio i loro getti riscaldano il gas disponibile. L’ipotesi più accreditata era che, dopo essersi raffreddato, il gas condensasse in lunghi filamenti che ricadono verso il centro della galassia alimentando nuovamente il buco nero, ma finora mancava una dimostrazione osservativa diretta.
Lo studio
Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno osservato con lo spettrografo NIRSpec del JWST la galassia NGC 4696, situata al centro dell’ammasso del Centauro, a circa 145 milioni di anni luce dalla Terra. Grazie a quasi 8 ore di osservazioni sono riusciti a ricostruire con una precisione senza precedenti i movimenti del gas nelle immediate vicinanze del buco nero, distinguendo strutture grandi appena una trentina di anni luce. Le immagini mostrano che la caratteristica struttura a forma di ‘S’ osservata nel nucleo della galassia è in realtà un disco rotante di gas largo circa 800 anni luce, nel quale il materiale raggiunge velocità di circa 600 chilometri al secondo.
Ancora più importante, il disco risulta fisicamente collegato a uno dei grandi filamenti che si estendono verso l’esterno della galassia. Il gas viene visto scorrere lungo questo canale naturale fino a riversarsi direttamente nel disco che alimenta il buco nero.
Ciclo di autoregolazione
Le osservazioni consentono così di ricostruire l’intero ciclo di autoregolazione. I getti energetici del buco nero riscaldano il gas circostante, che successivamente si raffredda, diventa instabile e collassa formando lunghi filamenti. I campi magnetici rallentano la rotazione del gas e ne guidano la caduta verso il centro, dove si accumula in un disco rotante che alimenta nuovamente il buco nero, il quale produce altri getti dando inizio a un nuovo ciclo.
Per verificare questo scenario, il gruppo ha sviluppato anche simulazioni numeriche avanzate che hanno riprodotto un comportamento del gas molto simile a quello osservato dal telescopio Webb, rafforzando ulteriormente il modello proposto. “Le osservazioni del James Webb ci stanno fornendo migliaia di nuovi dati e misure – spiega Megan Donahue, della Michigan State University -. Stiamo lavorando insieme per capire come questi buchi neri ottengano il loro combustibile e come interagiscano con la galassia che li ospita“. Secondo Mark Voit, coautore dello studio, “i campi magnetici sembrano davvero convogliare il gas freddo verso i più grandi buchi neri dell’Universo, ed è straordinario poter vedere questo processo direttamente nelle immagini del JWST”.