Oggi, l’astronomia ci offre una visione affascinante e complessa dell’universo, in cui buchi neri supermassicci giocano un ruolo centrale. Questi colossi cosmici, con masse milioni di volte superiori a quella del nostro Sole, si trovano al centro di quasi tutte le galassie conosciute. Tuttavia, come a volte le galline depongono uova con due tuorli, anche alcune galassie possono ospitare non uno, ma due buchi neri supermassicci che orbitano l’uno attorno all’altro. Questo fenomeno, noto come sistema binario di buchi neri supermassicci, è un argomento di grande interesse per gli astrofisici, poiché offre indizi preziosi su come le galassie si formano e si evolvono.
Le Galassie e i Loro Buchi Neri
La Natura dei Buchi Neri Supermassicci
I buchi neri sono regioni dello spazio in cui la gravità è così intensa che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Si formano quando il nucleo di una stella massiccia collassa su se stesso, creando un oggetto con una densità incredibilmente alta. I buchi neri supermassicci, in particolare, sono giganti cosmici con masse che possono superare di milioni di volte quella del Sole. Gli scienziati li studiano per comprendere meglio le leggi della gravità e i processi di formazione delle galassie.
La Sfida di Identificare Sistemi Binari
Determinare se una galassia ospita uno o due buchi neri al suo centro non è un compito semplice. A differenza di un uovo, non possiamo semplicemente “rompere” una galassia per esaminarne il contenuto. Tuttavia, misurare la frequenza con cui si formano questi sistemi binari può fornire informazioni cruciali su cosa accade alle galassie quando si fondono. Recentemente, un team di ricerca ha esaminato dati astronomici storici, risalenti a oltre un secolo fa, alla ricerca di segnali di un sistema binario di buchi neri supermassicci in una galassia.
Collisioni Galattiche e Onde Gravitazionali
Fusione di Galassie e Formazione di Sistemi Binari
Le galassie, come la nostra Via Lattea, sono antiche quanto l’universo stesso. A volte, queste galassie si scontrano e si fondono, formando una galassia più grande e massiccia. Quando ciò accade, i buchi neri al centro delle due galassie possono avvicinarsi abbastanza da formare una coppia legata dalla gravità. Questa coppia può esistere per centinaia di milioni di anni prima che i due buchi neri si fondano in uno solo.
Emissione di Onde Gravitazionali
I buchi neri supermassicci che orbitano l’uno attorno all’altro possono emettere onde gravitazionali, che sono increspature nello spazio-tempo rilevabili da osservatori specializzati. Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, queste onde viaggiano alla velocità della luce, causando l’espansione e la contrazione dello spazio intorno a loro, simili a un’onda. Gli array di temporizzazione dei pulsar utilizzano i pulsar, i nuclei densi e luminosi di stelle collassate, per rilevare queste onde gravitazionali.
Alla Ricerca di Segnali di Buchi Neri Binari
Metodi Indiretti di Rilevamento
Un metodo indiretto per individuare i buchi neri binari consiste nel cercare segnali periodici dai centri delle galassie attive. Queste galassie emettono molta più energia di quanto ci si aspetterebbe dalla quantità di stelle, gas e polvere che contengono. L’energia proviene dal loro nucleo, noto come nucleo galattico attivo. In un processo chiamato accrescimento, il buco nero in ciascuna galassia attiva utilizza la gravità per attirare il gas circostante verso di sé. Man mano che il gas si avvicina all’orizzonte degli eventi del buco nero, accelera e si riscalda, emettendo luce brillante in diverse lunghezze d’onda.
Indizi di Sistemi Binari
Alcuni nuclei galattici attivi mostrano segnali luminosi periodici che si intensificano e si affievoliscono ciclicamente. Questo segnale unico potrebbe derivare dal movimento ciclico di due buchi neri supermassicci al loro interno, suggerendo agli astronomi la presenza di un sistema binario. Il nostro team ha studiato un nucleo galattico attivo chiamato PG 1553+153, la cui luce varia in intensità circa ogni 2,2 anni. Queste variazioni periodiche suggeriscono la presenza di un sistema binario, ma altre spiegazioni, come getti instabili o cambiamenti nel flusso di materiale attorno al buco nero, potrebbero anche spiegare questo modello.
Alla Scoperta di un Sistema Binario di Buchi Neri
Simulazioni e Modelli
Per determinare se le variazioni di emissione luminosa del sistema PG 1553+153 derivassero da un sistema binario, abbiamo simulato come i buchi neri supermassicci raccolgono gas. I nostri modelli hanno suggerito che, a volte, quando i buchi neri attirano gas, si formano ammassi densi di gas attorno al buco nero. Abbiamo calcolato che il tempo necessario affinché questi ammassi orbitino attorno ai due buchi neri dovrebbe essere da cinque a dieci volte più lungo del tempo impiegato dai buchi neri per orbitare l’uno attorno all’altro.
Conferme e Prospettive Future
Abbiamo scoperto un modello di variazione di 20 anni che supporta ulteriormente la nostra teoria della presenza di un sistema binario nel cuore di PG 1553+153. La rilevazione di questo secondo modello ci ha anche aiutato a determinare che le masse dei due buchi neri supermassicci sono in un rapporto di 2,5:1, con uno 2,5 volte più grande dell’altro, e che la loro orbita è quasi circolare. Sebbene questi dati storici ci rendano più fiduciosi nella presenza di due buchi neri supermassicci in PG 1553+153, la conferma definitiva potrebbe dover attendere fino a quando gli array di temporizzazione dei pulsar non diventeranno abbastanza sensibili da rilevare le onde gravitazionali provenienti da PG 1553+153.
