Un nuovo studio fornisce la prima prova osservativa a sostegno della teoria secondo cui i buchi neri intermedi possono formarsi negli ammassi nucleari stellari
I buchi neri di massa intermedia sono notoriamente piuttosto difficili da trovare, ma un nuovo studio indica che alcuni potrebbero trovarsi al centro di densi ammassi stellari situati in tutto l’universo. Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, getta nuova luce su quando, come e dove potrebbero formarsi buchi neri di massa tra 100 e 100mila masse solari.
«Attualmente, una delle più grandi domande aperte nell’astrofisica dei buchi neri è come si formano i buchi neri con masse comprese tra quelli di massa stellare e i buchi neri supermassicci», dice Vivienne Baldassare, prima autrice dello studio della Washington State University. «La maggior parte delle teorie per la loro formazione si basano su condizioni che si trovano solo nell’universo primordiale. Noi abbiamo voluto testare un’altra teoria secondo la quale possono formarsi nel tempo cosmico all’interno di questi ammassi stellari davvero densi».
Per decenni, gli astronomi hanno rilevato buchi neri più piccoli, di massa pari a poche masse solari, oppure buchi neri giganti, con milioni o miliardi di masse solari. L’esistenza di questi buchi neri di massa intermedia è stata a lungo teorizzata, ma trovarli si è rivelato difficile poiché la luce emessa dagli oggetti che cadono al loro interno non è facile da rilevare.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno utilizzato il Chandra X-Ray Observatory, il telescopio a raggi X più potente del mondo, per cercare le firme nei raggi X dei buchi neri negli ammassi nucleari stellari in 108 diverse galassie. «Chandra è fondamentalmente l’unico strumento al mondo in grado di fare questo tipo di lavoro», spiega Baldassare. «È in grado di individuare le posizioni delle sorgenti di raggi X in modo molto preciso, che è importante quando si cercano le firme dei buchi neri in questi ammassi nucleari stellari molto compatti».
Gli ammassi nucleari stellari si trovano al centro della maggior parte delle piccole galassie o delle galassie di piccola massa, e sono gli ambienti stellari più densi conosciuti. Precedenti ricerche hanno identificato la presenza di buchi neri negli ammassi nucleari stellari, ma si sa ancora poco delle proprietà specifiche che rendono queste regioni favorevoli alla formazione di buchi neri.
«Fondamentalmente, significa che ammassi stellari sufficientemente massicci e compatti dovrebbero essere in grado di formare un buco nero», afferma Baldassare. «È eccitante perché ci aspettiamo che molti di questi buchi neri si trovino nel regime di massa intermedio tra i buchi neri supermassicci e i buchi neri di massa stellare, dove ci sono pochissime evidenze della loro esistenza».L’analisi di Baldassare e colleghi ha mostrato che gli ammassi nucleari stellari la cui massa e densità sono superiori a una certa soglia, emettono le firme di raggi X caratteristiche di un buco nero con un tasso doppio rispetto a quelle al di sotto della soglia. Il loro lavoro fornisce la prima prova osservativa a sostegno della teoria secondo cui i buchi neri di dimensioni intermedie possono formarsi negli ammassi nucleari stellari.
Il lavoro del gruppo di ricerca non solo suggerisce che buchi neri di dimensioni intermedie possono formarsi negli ammassi nucleari stellari, ma fornisce anche un meccanismo mediante il quale potrebbero farlo lungo tutto il tempo cosmico, piuttosto che solo nell’universo primordiale.
I ricercatori intendono continuare a utilizzare Chandra per raccogliere misurazioni a raggi X di ammassi nucleari stellari con l’obiettivo di saperne di più sulle condizioni specifiche in cui possono formarsi i buchi neri più grandi.
Nella foto in alto Vivienne Baldassare, prima autrice dello studio. Crediti: Bob Hubner, Wsu Photo Services.
Per saperne di più:
- Leggi su Astrophysical Journal l’articolo “Massive Black Hole Formation in Dense Stellar Environments: Enhanced X-Ray Detection Rates in High-velocity Dispersion Nuclear Star Clusters” di Vivienne F. Baldassare, Nicholas C. Stone, Adi Foord, Elena Gallo e Jeremiah P. Ostriker