28/11/13

Un buco nero troppo “raffinato” **

Un buco nero, situato in una galassia a 22 milioni di anni luce da noi, si comporta in modo troppo elegante e tranquillo. Esso emette un fascio straordinariamente intenso di raggi X, pur avendo dimensioni veramente piccole. Malgrado stia ingoiando una quantità enorme di materia dalla compagna, mantiene un ordine straordinario e inaspettato.

ULX-1 ha dei modi di fare veramente eleganti. Sta mangiando a ritmo incredibile eppure non mostra assolutamente quei fenomeni complessi e caotici che la teoria odierna si aspetterebbe. Il buco nero è vicino al limite massimo di materia “divorabile” e in queste condizioni dovrebbe manifestare ben altre caratteristiche. E, invece, sembra stia svolgendo un lavoro di banale “routine”. Da quello che si sa fino ad oggi vi è una netta differenza nell’energia emessa dai raggi X, nei vari tipi di buchi neri. I raggi X, in base alla loro energia si dividono in “molli” (bassa energia) e “duri” (alta energia). Sebbene apparentemente strano, si è sempre riscontrato che i giganteschi buchi neri galattici emettono soprattutto raggi molli, mentre quelli stellari emettono maggiormente raggi duri.

ULX-1 emette soprattutto in quelli molli e, quindi, dovrebbe essere un vero gigante, e invece…

Si sperava di avere trovato, finalmente e senza alcun dubbio, un buco nero di dimensioni intermedie (quelli con masse comprese tra 100 e 1000 masse solari). Oggetti, questi, che dovrebbero esistere, ma che finora sono stati tragicamente elusivi. Tutti i candidati individuati sollevano ancora molti sospetti e non vengono accettati come tali da tutta la comunità internazionale.

M101
ULX-1 si trova vicino a un braccio a spirale della galassia M101. L’immagine è stata ottenuta combinando osservazioni di Chandra, Spzitzer, Hubble e GALEX. Fonte: Chandra X-ray Observatory, Spitzer Satellite, Hubble Space Telescope, and GALEX Satellite.

I raggi X molli provengono essenzialmente dal disco di accrescimento vero e proprio, mentre quelli duri da una specie di “corona” attorno al disco. I modelli teorici mostrano che i secondi crescono velocemente quando il buco nero si avvicina ai suoi limiti “digestivi”, ossia quando la materia che viene ingoiata raggiunge valori critici. Ne segue che ULX-1 dovrebbe emettere soprattutto raggi duri e invece fa proprio il contrario. Inoltre, le interazioni tra corona e disco dovrebbero dare segnali ben più disordinati e complicati rispetto alla strana tranquillità del processo osservato al telescopio Gemini delle Hawaii. Insomma, le teorie vengono duramente smentite dal nostro amico che abita nella bellissima galassia M101. In qualche modo, un oggetto di circa 20-30 masse solari è capace di mangiare a un ritmo vicinissimo al limite critico eppure sembra che il suo sia solo un placido pranzetto quotidiano.

La massa del buco nero è stata calcolata osservando il moto della compagna, attraverso lo spettrografo di Gemini. Questa stella è una Wolf-Rayet e ha la particolarità di emettere un violento vento stellare, ottimo e abbondante per l’appetito del compagno così vorace. Tuttavia, ripeto ancora, la quantità ingoiata va oltre le aspettative dei modelli teorici.

ULX-1
Visione artistica della binaria ULX-1. Un buco nero stellare è circondato da un disco d’accrescimento che proviene dalla compagna, una Wolf-Rayet che letteralmente sta “ingozzando” il buco nero,. Tuttavia, lui si sta comportando con un’eleganza e una tranquillità inaspettate. Fonte: Gemini Observatory/AURA artwork by Lynette Cook.

ULX-1 è un oggetto ultra-luminoso, brillando un milione di volte di più del nostro Sole sia nell’X (a causa del buco nero) sia nell’ultravioletto (a causa della compagna).  Benché questa non sia la prima coppia di questo tipo osservata finora, essa ha comunque il record della distanza. 22 milioni di anni luce sono tanti e probabilmente, oggi, la Wolf-Rayet si è già trasformata anch’essa in buco nero. Una coppia davvero intrigante e un po’ … “rompiscatole”.

Che dirvi… sicuramente le teorie vanno rielaborate. Loro possono sbagliare ma l’osservazione diretta di ULX-1 no!

Questo è il bello dell’Astrofisica: non si può mai essere sicuri di qualcosa. Ci si può avvicinare alla verità passetto per passetto, cambiando, modificando leggermente o drasticamente la teoria. L’importante è che le osservazioni lo permettano. Con loro non si può discutere (se sono eseguite al meglio, ovviamente).

Lavoro originario QUI (a pagamento).

6 commenti

  1. Andrea I.

    Curioso. Enzo siamo sicuri che il problema sia delle teorie e non una possibile rilevazione "falsata" a causa dalla eccessiva distanza? Insomma, mi viene da pensare (nella mia ignoranza e ingenuitá) che, alla luce partita dall'oggetto osservato, in 22 milioni di anni possa essere successo chissá cosa.
    Grazie per l'articolo!

  2. caro Andrea,
    direi proprio di no... guardando le figure del lavoro originario sembra proprio che non ci siano dubbi sulla massa (misure spettroscopiche più che nette), e sull'intensità dei raggi X. Anche la secondaria è perfettamente individuata.... E niente può scompaginare questi dati che se disturbati da presenze intermedie darebbero ben altri risultati (confusione soprattutto).

  3. Supermagoalex

    Penso che un ulteriore passo in avanti con l'astrofisica si potrà fare dopo il lancio del nuovo telescopio spaziale Webb, il successore di Hubble.
    Purtroppo il lancio è stato rimandato a data da destinarsi, penso anche a causa delle ingenti spese per i robottini vari che stanno scavando su Marte... che ne pensi Enzo?  :-?  

  4. alexander

    Non vorrei dire una sciocchezza ma mi sembrava di aver letto che i raggi X hard nascevano dall'interazione dei raggi X molli con il disco  di materia che gira intorno all'orizzonte.
    Dall'orizzonte vengono sempre emessi raggi molli ma e, se questi impattano con un disco eccezionalmente eccitato dalla velocità di rotazione, si creavano delle interazioni per cui venivano emessi raggi X forti.
    Inoltre,  (nella mia testa), a giustificare il fatto che i raggi duri vengono emessi dai BN piccoli sarebbe il fatto che questi debbano avere un disco di materia che, ruotando intorno ad un orizzonte molto piccolo, finisce per energizzarsi di più perchè piu vicino alla sorgente gravitazionale
    ...
    Se fosse effettivamente cosi la produzione di raggi X hard deriverebbe, per lo più, dalla modalità con cui il disco di materia ruota intorno al buco

    A suo tempo questo dovrebbe essere influenzato dalla rotazione del buco nero stesso, se esso gira nello stesso verso la materia mi sembra  di ricordare sarà più vicina all'orizzonte.
    Se invece fosse statico la  materia sarebbe più lontana e meno eccitata...

    Non è che abbiamo scoperto un caso di buco nero statico (o quasi)? 

  5. Caro Alexander, mi sembra che tu stia analizzando in maggior dettaglio quello che è stato riassunto nel testo: alone vuol dire parte più esterna e disco parte più interna... Dici bene sulla rotazione e varrebbe la pena leggere attentamente tutto lo studio effettuato... ma purtroppo "nature" costa molto cara... la piccolezza, invece, mi lascia dubbioso dato che quello che conta è la velocità e quella è indipendente dalla massa. E qui si parla di materia che viene espulsa dalle parti esterne: insomma più veloci di una certa quantità non si può andare per definizione. Quello che comanda è il momento angolare, esso differisce da caso a caso e  la crescita di massa non deve essere controbilanciata dalla rotazione. Se, invece parli di rotazione dello spazio, questo cambia certe modalità di rotazione, come avevamo già visto tempo fa, e potrebbe influire.. ma si vedrebbero gli effetti... mah... resto un po' dubbioso sul tutto. dai, vediamo se ci racconteranno un po' meglio come sono andate le cose...

  6. caro SMA, fammi pensare e sperare che non sia così...  :(

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