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La ricerca dei buchi neri ‘rinculanti’

Quando due galassie collidono, i buchi neri supermassicci che risiedono nei rispettivi nuclei finiranno per orbitare l’uno attorno all’altro formando un sistema binario, almeno secondo le attuali simulazioni.
Illustrazione artistica del concetto di merging di due buchi neri.

La teoria della relatività generale predice che gli oggetti di un sistema binario, siano essi coppie di stelle di neutroni o nel caso più estremo due buchi neri, devono emettere onde gravitazionali, analogamente al modo con cui le cariche elettriche accelerate irradiano onde elettromagnetiche, anche se molto più debolmente. Man mano che perdono energia, i buchi neri orbitanti si avvicineranno sempre più fino ad arrivare alla fusione (merger) che determinerà una intensa emissione di energia sotto forma, appunto, di onde gravitazionali. Secondo quanto predice la teoria della relatività, la radiazione gravitazionale sarà emessa preferibilmente in una direzione che dipende dalla rotazione e dal rapporto delle masse dei due buchi neri. Affinchè si conservi il momento angolare, il nuovo sistema formato da un singolo oggetto supermassiccio subirà un rinculo, un segnale legato al processo di merging del sistema binario. Inoltre, nel momento in cui viene mandato fuori dal centro della galassia, ci si aspetta che il buco nero trascini con sé parte della materia presente nelle regioni circostanti (ad esempio, il disco e le regioni del gas caldo).

Immagini X e ottica della galassia CID-42 in cui si vede (al centro) la regione compatta brillante che probabilmente rappresenta un buco nero rinculante espulso dalla propria galassia alla velocità di qualche milione di chilometri orari. Credit: X-ray: NASA/CXC/SAO/F.Civano et al; Optical: NASA/STScI; Optical (wide field): CFHT, NASA/STScI

Sorprendentemente, alcuni di questi oggetti così bizzarri sono stati identificati per caso e rimangono comunque dei candidati poiché a causa della loro distanza non è possibile determinare con certezza le loro proprietà. Uno di questi è una sorgente visibile nella banda X, nota con la sigla CID-42, che il telescopio spaziale Hubble ha risolto in due componenti brillanti separate di appena qualche migliaia di anni-luce. Un gruppo di astronomi guidati dai colleghi del Center for Astrophysics di Harvard (CfA) hanno utilizzato il Very Large Array (VLA), per studiare l’emissione radio emessa dalle particelle cariche accelerate dai buchi neri, e hanno analizzato i loro dati insieme con quelli di altri strumenti allo scopo proprio di confermare, o meno, se si tratta di un sistema candidato come buco nero ‘rinculante’. I ricercatori hanno trovato che l’emissione radio può essere attribuita ad una delle due componenti brillanti, che è anche la sorgente dei raggi-X, concludendo (anche se non in maniera univoca) che quest’ultima potrebbe essere effettivamente un buon candidato. Questi risultati rappresentano comunque un passo avanti che fa luce sull’esistenza di questi oggetti esotici nonostante saranno necessarie ulteriori indagini.

CfA: A Recoiling, Supermassive Black Hole
arXiv: New insights from deep VLA data on the potentially recoiling black hole CID-42 in the COSMOS field

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