Un team internazionale di scienziati ha individuato un sistema binario di buchi neri supermassicci in orbita stretta al centro della galassia Markarian 501, situata nella costellazione di Ercole. Gli astronomi sono riusciti a tracciare la presenza dei due corpi celesti monitorando l’emissione e il movimento di due distinti getti di particelle. Secondo i calcoli dei ricercatori, i due giganti cosmici si trovano a una distanza straordinariamente ridotta e potrebbero arrivare a fondersi in un unico oggetto entro i prossimi 100 anni.
Scoperta una coppia ravvicinata di buchi neri supermassicci nella galassia Markarian 501
Le attuali conoscenze astrofisiche indicano che quasi ogni galassia di grandi dimensioni ospita al proprio centro un buco nero supermassiccio con una massa compresa tra milioni e miliardi di volte quella del Sole. Il processo esatto che permette a questi corpi di raggiungere proporzioni così vaste rimane tuttavia una delle principali questioni irrisolte della cosmologia moderna. L’accumulo isolato di gas dall’ambiente circostante avverrebbe a un ritmo troppo lento, suggerendo che le fusioni tra buchi neri giochino un ruolo fondamentale.
Poiché le collisioni tra galassie sono fenomeni comuni nell’universo, è altamente probabile che anche i rispettivi buchi neri centrali finiscano per avvicinarsi e fondersi nel corso del tempo. Prima della collisione finale, i due oggetti iniziano a orbitare l’uno attorno all’altro in una spirale progressiva. Nonostante la frequenza teorica di questi eventi su scala cosmica, gli scienziati hanno incontrato grandi difficoltà nel modellare con precisione le fasi conclusive di tale processo dinamico.
Fino a oggi non era mai stata identificata in modo definitivo una coppia così ravvicinata di buchi neri supermassicci in una galassia. Lo studio condotto su Markarian 501 fornisce ora la prima prova concreta di un sistema binario colto nelle sue ultime fasi evolutive. La scoperta colma una lacuna fondamentale nell’osservazione dei processi di fusione, confermando le previsioni teoriche sulla crescita dei nuclei galattici attivi attraverso l’interazione gravitazionale.
L’analisi dei dati radio e la dinamica dei getti gemelli
La ricerca è stata guidata da Silke Britzen del Max Planck institute for radio astronomy di Bonn, che ha esaminato osservazioni ad alta risoluzione a diverse frequenze radio. I dati analizzati coprono un arco temporale di circa 23 anni e derivano da decine di sessioni osservative distinte. L’analisi approfondita ha rivelato che il centro galattico non emette un solo flusso di particelle, bensì due getti distinti che si muovono a velocità prossime a quella della luce.
Il getto principale è orientato direttamente verso la Terra, una condizione che lo rende eccezionalmente luminoso e che ha permesso di studiarlo in modo continuo per lungo tempo. Il secondo getto punta invece in una direzione differente, emergendo da dietro il buco nero principale e muovendosi in senso antiorario attorno a esso secondo uno schema ripetitivo. Questa configurazione indica che l’intero sistema è in movimento a causa dell’oscillazione del piano orbitale generata dalla mutua attrazione dei due corpi.
Durante una sessione di osservazione nel giugno 2022, la radiazione proveniente dal sistema ha subito una distorsione tale da formare un anello di Einstein. Questo fenomeno si è verificato grazie al perfetto allineamento del sistema con la Terra, che ha permesso al buco nero in primo piano di agire come lente gravitazionale sulla luce del secondo getto. Lo studio dei modelli di luminosità ricorrenti ha permesso di stabilire che il periodo orbitale della coppia è di appena 121 giorni.
Limiti strumentali e tracciamento tramite onde gravitazionali
La distanza che separa i due buchi neri varia tra 250 e 540 volte la distanza tra la Terra e il Sole, uno spazio estremamente ristretto per oggetti che possiedono una massa stimata tra i 100 milioni e il miliardo di masse solari. A causa della enorme distanza che separa la galassia dalla Terra, nessun telescopio attuale possiede la risoluzione necessaria per separare visivamente i due corpi. Persino l’Event horizon telescope, che ha fotografato i primi buchi neri nel 2019 e nel 2022, non è in grado di distinguere i due oggetti.
L’impossibilità di un’osservazione ottica diretta implica che gli astronomi non potranno testimoniare visivamente la progressiva contrazione dell’orbita della coppia. Tuttavia, i ricercatori prevedono di aggirare questo limite strumentale monitorando l’emissione di onde gravitazionali a frequenza estremamente bassa. Questo tipo di increspatura dello spaziotempo può essere intercettata e misurata attraverso l’utilizzo dei sistemi di temporizzazione delle pulsar distribuiti nello spazio.
I sistemi binari di buchi neri supermassicci sono già considerati la fonte principale del fondo di onde gravitazionali rilevato nel 2023 dall’European pulsar timing array. La galassia Markarian 501 rappresenta oggi uno dei candidati più promettenti per associare queste fluttuazioni a un sistema binario specifico e localizzato. Il coautore Héctor Olivares ha evidenziato che l’eventuale rilevamento permetterebbe di osservare un aumento costante della frequenza delle onde man mano che i due corpi spiraleggiano verso l’impatto finale.
Lo studio è stato pubblicato sul Monthly Notice of the Royal Astronomical Society .
