Buchi neri supermassicci e la genesi dei sistemi stellari ipercompatti

Se la fusione dei due buchi neri di due nuclei galattici avviene in modo asimmetrico, il buco nero nato dall'unione degli oggetti presenti nei due nuclei galattici potrebbe essere espulso dalla galassia e scagliato nello spazio extragalattico attraverso un rinculo di onde gravitazionali, portando con sé uno sciame di stelle.

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Nel nostro Universo le galassie si allontanano le une dalle altre a velocità crescenti con l’aumentare della loro distanza, ma alcune di esse non possono sottrarsi alla forza di gravità che le fa scontrare in colossali fusioni galattiche che durano miliardi di anni. I cosmologi sanno come va a finire, ma non sanno bene cosa accada ai buchi neri super massicci nei loro nuclei.
Gli astronomi ritengono che i nuclei galattici potrebbero fondersi in un unico buco nero più grande, e la fusione produrrebbe potenti onde gravitazionali che si propagano nello spazio-tempo. Tuttavia è possibile che se la fusione avviene in modo asimmetrico, il buco nero nato dall’unione degli oggetti presenti nei due nuclei galattici possa essere espulso dalla galassia e scagliato nello spazio extragalattico attraverso un rinculo di onde gravitazionali, portando con sé uno sciame di stelle.
Questi oggetti espulsi dalle galassie, teorizzati alla fine degli anni ’40, sono chiamati sistemi stellari iper compatti (HCSS), un buco nero super massiccio attorno al quale orbitano un gruppo ristretto di stelle che si allontanano nello spazio extragalattico. L’esistenza degli HCSS sarebbe una prova abbastanza convincente del rinculo prodotto dalle onde gravitazionali. C’è solo un grosso problema: di questi oggetti compatti espulsi non c’è per ora traccia.
Tutto quello che accade su grande scala dovrebbe accadere anche su una scala più piccola. Sappiamo infatti che anche i buchi neri di massa stellare possono fondersi, lo abbiamo scoperto grazie agli interferometri delle onde gravitazionali, che hanno rilevato alcune fusioni di buchi neri. Quando la Via Lattea era molto più giovane e il suo buco nero centrale probabilmente molto più piccolo, una fusione con una galassia nana che conteneva anch’essa un buco nero centrale più piccolo avrebbe potuto provocare una di queste fusioni.
Una fusione del genere produrrebbe un buco nero con una massa compresa tra una massa stellare e le classi supermassive, un buco nero di massa intermedia, tra 100 e 10.000 volte la massa del Sole, con un seguito di stelle: in sostanza, una versione di dimensioni inferiori di un HCSS. Le simulazioni prevedono che ci dovrebbero essere alcune centinaia di buchi neri canaglia nell’aureola di una galassia come la Via Lattea.
Questa possibilità ha portato gli astronomi dello SRON Netherlands Institute for Space Research e della Radboud University dei Paesi Bassi a pensare che gli HCSS potrebbero essere già stati rilevati da precedenti sondaggi come Gaia e Sloan Digital Sky Survey.
Quando gli astronomi sono andati a cercare, si sono resi conto che nessuno aveva effettivamente fatto previsioni dettagliate su come dovrebbero apparire questi cluster stellari iper compatti. Quindi, anche se fossero nei dati, non esiste uno strumento per identificarli.
In un nuovo studio, il team ha simulato questi cluster, producendo previsioni dettagliate sui loro colori, aspetto e sui loro spettri. E hanno fatto un ulteriore passo avanti, adattando questi risultati per mostrare come i cluster sarebbero apparsi nei dati di nove sondaggi separati ora in corso e come sarebbero apparsi su un’immagine telescopica bidimensionale.
Non hanno ancora identificato uno di questi cluster; questo sarà il passo successivo nella loro ricerca. Ma hanno pubblicato i risultati delle loro simulazioni, il che significa che anche altri astronomi possono dare la caccia ai cluster. Se li troveranno, sarà un grosso problema, e non solo a causa del rinculo delle onde gravitazionali.
Le prove dell’esistenza dei buchi neri di massa intermedia sono piuttosto esili: sono considerati un “anello mancante” perché non ne è stato scoperto nessuno finora. Ci sono stati alcuni rilevamenti piuttosto interessanti che suggeriscono fortemente la loro esistenza, ma purtroppo nulla di conclusivo.
L’astronomo Davide Lena dell’Istituto SRON per la ricerca spaziale olandese ha affermato:”Si discute dell’esistenza di buchi neri di massa intermedia. Se troviamo davvero ammassi stellari ipercompatti, mostreremo allo stesso tempo l’esistenza di buchi neri di massa intermedia. Possiamo quindi confermarlo misurando la massa dei buchi neri attraverso osservazioni spettroscopiche dell’ammasso stellare iper compatto“.
Inoltre non sappiamo effettivamente se i buchi neri super massicci, quelli milioni o miliardi di volte la massa del Sole che formano i nuclei delle galassie, possono effettivamente fondersi. I calcoli suggeriscono che nel momento in cui due buchi neri super massicci in orbita sono separati da un parsec (3,2 anni luce), la loro energia orbitale li fa oscillare l’uno accanto all’altro in un’orbita che può mantenersi stabile per miliardi di anni e forse ad oggi due buchi neri super massicci non si sono ancora fusi.
Ma sappiamo che i buchi neri di massa stellare (tra 5 e 100 volte la massa del Sole) possono fondersi. Se l’esistenza degli HCSS potrà essere confermata attraverso i gruppi stellari ipercompatti nell’alone galattico, questo mostrerà che anche i buchi neri di massa intermedia possono fondersi. Questa sarà una prova forte che anche i buchi neri ancora più massicci possono fondersi e formare un HCSS. Quindi, se riusciremo a trovarli, queste sfuggenti sfere di stelle potrebbero essere la chiave per risolvere parecchi misteri del nostro Universo.
Fonte: https://www.sciencealert.com/there-could-be-runaway-missing-link-black-holes-zooming-around-the-universe