I buchi neri supermassicci da milioni a miliardi di volte la massa del nostro Sole si trovano nel cuore della maggior parte delle galassie, e gli astronomi sono ansiosi di sapere come sono nati questi colossi. Mentre pensano che la maggior parte derivi da almeno una fusione tra due buchi neri supermassicci più piccoli, gli scienziati non avevano le osservazioni che potessero dare informazioni, dal momento che era stata trovata solo una coppia di buchi neri supermassicci sulla strada per una fusione.
Un nuovo studio potrebbe cambiare questa situazione: i ricercatori stanno osservando un buco nero supermassiccio che riporta segni di un compagno vicino orbitante. L'enorme duo, chiamato binario, si circonda l'un l'altro circa ogni due anni.
Se il team ha ragione, il diametro dell'orbita della binaria è da 10 a 100 volte più piccolo dell'unica altra binaria supermassiccia conosciuta, e la coppia si fonderà in circa 10.000 anni. Potrebbe sembrare un tempo lungo, ma ci vorrebbero un totale di circa 100 milioni di anni perché i buchi neri di queste dimensioni inizino a orbitare l'uno attorno all'altro e finalmente unirsi. Quindi questa coppia è a più del 99% della loro strada verso una collisione.
Joseph Lazio e Michele Vallisneri, del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, hanno fornito informazioni su come i buchi neri supermassicci si comportano in un sistema binario e su come interpretare i dati radio.
La prova che questo buco nero supermassiccio possa avere un compagno proviene dalle osservazioni dei radiotelescopi sulla Terra. I buchi neri non emettono luce, ma la loro gravità può raccogliere dischi di gas caldo intorno a loro ed espellere parte di quel materiale nello spazio. Questi getti possono estendersi per milioni di anni luce. Un getto puntato verso la Terra appare molto più luminoso di un getto puntato lontano dalla Terra. Gli astronomi chiamano blazar i buchi neri supermassicci con getti orientati verso la Terra, e un blazar chiamato PKS 2131-021 è al centro di questo recente articolo.
Situato a circa 9 miliardi di anni luce dalla Terra, PKS 2131-021 è uno dei 1.800 blazar che un gruppo di ricercatori del Caltech di Pasadena ha monitorato con l'Owens Valley Radio Observatory nel nord della California per 13 anni come parte di uno studio generale sul comportamento del blazar. Ma questo particolare blazar mostra uno strano comportamento: la sua luminosità mostra alti e bassi regolari in modo prevedibile come il ticchettio di un orologio.
I ricercatori ora pensano che questa variazione regolare sia il risultato di un secondo buco nero che tira il primo mentre orbitano l'uno attorno all'altro circa ogni due anni. Ciascuno dei due buchi neri in PKS 2131-021 è stimato essere alcune centinaia di milioni di volte la massa del nostro Sole. Per confermare la scoperta, gli scienziati cercheranno di rilevare le onde gravitazionali, increspature nello spazio, provenienti dal sistema. La prima rilevazione di onde gravitazionali da binari di buchi neri è stata annunciata nel 2016.
Per confermare che le oscillazioni non erano casuali o dovute a un effetto temporaneo intorno al buco nero, il team ha dovuto guardare oltre il decennio (dal 2008 al 2019) dei dati dell'Owens Valley Observatory. Dopo aver appreso che anche altri due radiotelescopi avevano studiato questo sistema, l'University of Michigan Radio Observatory (1980-2012) e l'Haystack Observatory (1975-1983), hanno scavato nei dati aggiuntivi e hanno scoperto che corrispondeva alle previsioni su come la luminosità del blazar dovrebbe cambiare nel tempo.
"Questo lavoro è una testimonianza dell'importanza della perseveranza", ha dichiarato Lazio. "Ci sono voluti 45 anni di osservazioni radio per produrre questo risultato. Piccoli team, in diversi osservatori in tutto il paese, hanno preso i dati settimana dopo settimana, mese dopo mese, per renderlo possibile".