Fin dalla scoperta di Sagittario A* al centro della nostra galassia, gli astronomi sono arrivati a capire che la maggior parte delle galassie massicce ha un Buco nero supermassiccio (SMBH) al centro. Ciò è evidenziato dalle potenti emissioni elettromagnetiche prodotte nei nuclei di queste galassie – note come “Nuclei Galattici Attivi” (AGN) – che si ritiene siano causate dall'accrescimento di gas e polvere sull'SMBH.
Per decenni, gli astronomi hanno studiato la luce proveniente dagli AGN per determinare quanto siano grandi e massicci i loro buchi neri. Questo è stato difficile, poiché questa luce è soggetta all'effetto Doppler, che provoca l'allargamento delle sue linee spettrali. Ma grazie ad a nuovo modello sviluppato da ricercatori cinesi e statunitensi, gli astronomi potrebbero essere in grado di studiare queste Broad Line Regions (BLR) e fare stime più accurate sulla massa dei buchi neri.
Lo studio, ' Ciuffi polverosi disgregati dalle maree come origine di ampie righe di emissione nei nuclei galattici attivi “, recentemente apparso sulla rivista scientificaNatura. Lo studio è stato condotto da Jian-Min Wang, un ricercatore del Istituto di Fisica delle Alte Energie (IHEP) presso l'Accademia cinese delle scienze, con l'assistenza dell'Università del Wyoming e dell'Università di Nanchino.
Rappresentazione artistica del disco di accrescimento attorno al buco nero supermassiccio che alimenta una galassia attiva. Credito: NASA/Dana Berry, SkyWorks Digital
Per abbatterlo, le SMBH sono note per avere un toroide di gas e polvere che le circonda. La gravità del buco nero accelera il gas in questo toroide a velocità di migliaia di chilometri al secondo, il che lo fa riscaldare ed emette radiazioni a diverse lunghezze d'onda. Questa energia alla fine ha eclissato l'intera galassia circostante, che è ciò che consente agli astronomi di determinare la presenza di un SMBH.
Come ha spiegato Michael Brotherton, professore UW presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e co0autore dello studio, in un UW comunicato stampa :
“La gente pensa: ‘È un buco nero. Perché è così luminoso?' Un buco nero è ancora buio. I dischi raggiungono temperature così elevate da emettere radiazioni attraverso lo spettro elettromagnetico, che include raggi gamma, raggi X, UV, infrarossi e onde radio. Il buco nero e il gas di accrescimento circostante di cui si nutre il buco nero sono il carburante che accende il quasar”.
Il problema con l'osservazione di queste regioni luminose deriva dal fatto che i gas al loro interno si muovono così rapidamente in direzioni diverse. Mentre il gas che si allontana (rispetto a noi) viene spostato verso l'estremità rossa dello spettro, il gas che si sposta verso di noi viene spostato verso l'estremità blu. Questo è ciò che porta a una regione a linee larghe, dove lo spettro della luce emessa diventa più simile a una spirale, rendendo difficile ottenere letture accurate.
Attualmente, la misurazione della massa degli SMBH nei nuclei galattici attivi si basa sulla 'tecnica di mappatura del riverbero'. In breve, ciò comporta l'utilizzo di modelli al computer per esaminare le righe spettrali simmetriche di un BLR e misurare i ritardi temporali tra di esse. Si ritiene che queste linee derivino da gas che è stato fotoionizzato dalla forza gravitazionale dell'SMBH.
Dense nubi di polvere e gas, illustrate qui, possono oscurare le radiazioni meno energetiche provenienti dal buco nero centrale di una galassia attiva. I raggi X ad alta energia, tuttavia, passano facilmente attraverso. Credito: ESA/NASA/AVO/Paolo Padovani
Tuttavia, poiché vi è poca comprensione delle ampie linee di emissione e dei diversi componenti dei BLR, questo metodo dà luogo ad alcune incertezze comprese tra il 200 e il 300%. 'Stiamo cercando di rispondere a domande più dettagliate sulle regioni spettrali a linea larga che ci aiutano a diagnosticare la massa del buco nero', ha affermato Brotherton. 'La gente non sa da dove provengano queste ampie regioni della linea di emissione o la natura di questo gas'.
Al contrario, il team guidato dal Dr. Wang ha adottato un nuovo tipo di modello computerizzato che considerava la dinamica del toroide gassoso che circonda un SMBH. Questo toroide, presumono, sarebbe costituito da gruppi discreti di materia che verrebbero disgregati dal buco nero, provocando il flusso di gas al suo interno (ovvero l'accumulo su di esso) e alcuni che vengono espulsi come deflusso.
Da ciò, hanno scoperto che le linee di emissione in un BLR sono soggette a tre caratteristiche: 'asimmetria', 'forma' e 'spostamento'. Dopo aver esaminato varie linee di emissione, sia simmetriche che asimmetriche, hanno scoperto che queste tre caratteristiche dipendevano fortemente dalla luminosità dei gruppi di gas, che interpretavano come il risultato dell'angolo del loro movimento all'interno del toroide. O come ha detto il dottor Brotherton:
“Quello che proponiamo che accada è che questi grumi polverosi si stanno muovendo. Alcuni si scontrano, si fondono e cambiano velocità. Forse si trasferiscono nel quasar, dove vive il buco nero. Alcuni dei ciuffi ruotano dalla regione a linea larga. Alcuni vengono cacciati'.
Illustrazione del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.
Attestazione: NRAO/AUI/NSF
Alla fine, il loro nuovo modello suggerisce che gli ammassi di materia disgregati dalle maree provenienti da un buco nero possono rappresentare la fonte del gas BLR. Rispetto ai modelli precedenti, quello ideato dal Dr. Wang e dai suoi colleghi stabilisce una connessione tra diversi processi e componenti chiave nelle vicinanze di una SMBH. Questi includono l'alimentazione del buco nero, la fonte di gas fotoionizzato e lo stesso toroide polveroso.
Sebbene questa ricerca non risolva tutti i misteri che circondano gli AGN, è un passo importante verso l'ottenimento di stime di massa accurate degli SMBH in base alle loro righe spettrali. Da questi, gli astronomi potrebbero essere in grado di determinare con maggiore precisione quale ruolo hanno giocato questi buchi neri nell'evoluzione delle grandi galassie.
Lo studio è stato reso possibile grazie al supporto fornito dal National Key Program for Science and Technology Research and Development e dal Key Research Program of Frontier Sciences, entrambi amministrati dall'Accademia cinese delle scienze.
Ulteriori letture: IHEP , Vostre notizie , Natura