Buco nero divora una stella, che spettacolo!

Da ormai un po' di tempo gli astronomi sono pressoché certi che la maggior parte delle galassie, per non dire tutte, ospiti nel suo centro un buco nero supermassiccio. Questi mostri cosmici, solitamente caratterizzati da una massa pari ad alcuni milioni di volte quella del Sole, sono come una specie di motore per le galassie, caratterizzandone il comportamento e l'evoluzione. Ciò è possibile proprio grazie alla voracità di questi oggetti, capaci di ingoiare materia tramite il proprio disco di accrescimento, e persino intere stelle.

Proprio quest'ultima eventualità è quanto si è verificato nella coppia di galassie in fase di merging Arp 299. I risultati delle osservazioni prodotte in seguito a questa catastrofe cosmica sono stati pubblicati di recente su Science.

arp 99
Arop 299 Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Crete/K. Anastasopoulou et al, NASA/NuSTAR/GSFC/A. Ptak et al; Optical: NASA/STScI

Fenomeni del genere sono definiti "eventi di distruzione mareale", in quanto la stella, a causa della fortissima attrazione gravitazionale del buco nero, viene "stirata" e allungata, fino ad essere letteralmente fatta a pezzi. Spesso si parla, in questi casi, di supernova accidentale. Parte della materia che la componeva, circa il 50%, viene dunque ingoiata dal buco nero, mentre l'altra metà viene espulsa sotto forma di getto o di onda di shock.

In questo caso, gli astronomi sono riusciti ad osservare l'evento transiente dovuto all'emissione del getto, principalmente nelle bande radio e infrarossa. La componente ottica e a raggi X in effetti non risultava visibile a causa dell'assorbimento causato dalla grande quantità di polveri presenti, che assorbivano e reirradiavano la luce prodotta nella banda infrarossa. Ad ogni modo, il getto prodotto si spostava, almeno inizialmente, a una velocità pari al 99,5% di quella della luce. Questa velocità incredibile si riduceva poi a "solo" il 22%, dopo circa 760 giorni.

In effetti, l'esplosione è stata osservata per la prima volta nel 2005 e inizialmente era stata scambiata per una normale supernova. Badate che il fatto che l'osservazione risalga al 2005 non vuol dire che l'esplosione sia avvenuta in quel momento, poichè a causa della velocità finita della luce gli eventi che si osservano nel Cosmo sono accaduti in un tempo precedente pari alla distanza in anni luce dell'oggetto in questione.

Solo proseguendo le osservazioni e combinando insieme vari strumenti, tra cui il Very Long Baseline Array (VLBA), il Nordic Optical Telescope delle Canarie, il telescopio spaziale Spitzer e lo European VLBI Network (EVN) ci si è resi conto nel 2011, dal modo in cui il getto si espandeva, che si trattava di ben altro.

ARP 299
Crediti: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University

Misurando l'energia totale prodotta dal getto nel corso di più di dieci anni di osservazioni, gli astronomi sono riusciti a calcolare che la stella distrutta doveva avere una massa compresa tra 1,9 e 6,5 masse solari e che il buco nero invece abbia una massa di circa 20 milioni di volte quella del Sole.

Lo studio di eventi di questo tipo ha un'importanza notevole, perché consente di ricavarne tutta una serie di considerazioni necessarie a comprendere meglio i meccanismi che regolano l'evoluzione e il funzionamento delle galassie.

Infatti, di norma, i buchi neri supermassicci sono per lo più quiescenti. Secondo il modello unificato quando il buco nero, durante dei periodi particolari dell'evoluzione galattica, entra in una fase di forte attività, la galassia si trasforma in un "nucleo galattico attivo" (AGN). A seconda dell'angolo con cui essa è orientata verso di noi, vedremo cose diverse e diversi tipi di emissione, ottenendo quindi i vari tipi di AGN scoperti finora, come le galassie di Seyfert, i blazar e così via.

Circinus galaxy 750pix
Galassia spirale di Seyfert di tipo 2. Crediti: NASA, Andrew S. Wilson (University of Maryland); Patrick L. Shopbell (Caltech); Chris Simpson (Subaru Telescope); Thaisa Storchi-Bergmann and F. K. B. Barbosa (UFRGS, Brazil); and Martin J. Ward (University of Leicester, U.K.)

Nel caso di Arp 299 però vi è una particolarità. Si tratta infatti non di una singola galassia, ma di due galassie in fase di merging. Al contrario di quanto uno potrebbe immaginare, lo scontro tra due galassie non è un processo violento, ma più che altro una lenta fusione. Per intenderci, non si hanno, o è molto molto improbabile che si abbiano scontri di stelle.

Tuttavia questo processo può innestare dei processi che portano all'attivazione del buco nero centrale, causando eventi come quello osservato in questo caso. Eventi che a loro volta sono fondamentali per la successiva storia evolutiva della nuova galassia formatasi, perché gli shock prodotti dal getto possono rimescolare i gas e le polveri presenti, e agire come un trigger per la formazione di nuove stelle.

In un certo senso, insomma, la morte violenta e terribile di una stella, consumata in una fornace senza fondo, serve da mattone primigenio per la nascita di una moltitudine di nuove stelle.

Un destino che accomunerà anche la nostra Via Lattea e Andromeda, destinate a scontrarsi tra alcuni miliardi di anni. Nel caso in cui dovessimo sopravvivere a noi stessi fino ad allora, certamente avremmo un posto in prima fila per assistere a uno spettacolo unico.

 

Antonio D'Isanto è dottorando in astronomia presso l'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l'applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.


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