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Scoperto buco nero con disco di accrescimento deformato

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Un team internazionale di astrofisici provenienti da Sud Africa, Regno Unito, Francia e Stati Uniti ha trovato grandi variazioni nella luminosità della luce vista da un buco nero vicino alla nostra Galassia, a 9.600 anni luce dalla Terra, che concludono sia causata da un enorme ordito nel suo disco di accrescimento.

Un buco nero grande otto volte la massa del Sole

Questo oggetto, MAXI J1820+070, ha eruttato come nuovo transiente di raggi X nel marzo 2018 ed è stato scoperto da un telescopio a raggi X giapponese a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Questi transitori, sistemi che esibiscono violente esplosioni, sono stelle binarie, costituite da una stella di piccola massa, simile al nostro Sole e da un oggetto molto più compatto, che può essere una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. In questo caso, MAXI J1820+070 contiene un buco nero che è almeno 8 volte la massa del nostro Sole.

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I primi risultati sono stati ora accettati per la pubblicazione sulla rivista Monthly Notice of the Royal Astronomical Society. L’autore principale è il dottor Jessymol Thomas, ricercatore post-dottorato presso l’Osservatorio Astronomico del Sud Africa (SAAO). La scoperta presentata nell’articolo è stata ottenuta da un’ampia e dettagliata curva di luce ottenuta in quasi un anno da appassionati di tutto il mondo che fanno parte dell’AAVSO (American Association of Variable Star Observers). MAXI J1820+070 è uno dei tre transienti di raggi X più luminosi mai osservati, una conseguenza sia della sua vicinanza alla Terra sia dell’essere al di fuori del piano oscurante della nostra Via Lattea. Poiché è rimasto brillante per molti mesi, ha permesso di essere seguito da tanti dilettanti.

Il professor Phil Charles, ricercatore presso l’Università di Southampton e membro del team di ricerca ha spiegato: “Il materiale della stella viene trascinato dall’oggetto compatto nel disco di accrescimento circostante di gas a spirale. Quando il materiale nel disco si surriscalda, si verificano massicce esplosioni, e si accumulano nel buco nero e rilasciano abbondanti quantità di energia prima di attraversare l’orizzonte degli eventi. Questo processo è caotico e altamente variabile, e varia su scale temporali da millisecondi a mesi”.

Il team di ricerca ha prodotto una visualizzazione del sistema, mostrando come un’enorme emissione di raggi X emani raggi vicino al buco nero, e quindi irradi la materia circostante, in particolare il disco di accrescimento, riscaldandolo fino a una temperatura di circa 10.000 K, che è vista come la luce visiva emessa. Ecco perché, mentre l’emissione di raggi X diminuisce, diminuisce anche la luce ottica.

Ma qualcosa di inaspettato è successo quasi 3 mesi dopo l’inizio dell’esplosione, quando la curva della luce ottica ha iniziato un’enorme modulazione, un po’ come accendere e abbassare un dimmer e quasi raddoppiare la luminosità al suo apice, in un periodo di circa 17 ore. Eppure non c’è stato alcun cambiamento nell’emissione dei raggi X, che è rimasta stabile. Mentre in passato erano state osservate piccole modulazioni visibili quasi periodiche durante altre esplosioni transitorie di raggi X, nulla di questa scala era mai stato visto prima.

Che cosa stava causando questo comportamento straordinario? “Con l’angolo di visione del sistema come mostrato nell’immagine, potremmo escludere abbastanza rapidamente la solita spiegazione che i raggi X stessero illuminando la faccia interna della stella donatrice perché l’illuminazione si stava verificando nel momento sbagliato”, ha affermato il Prof. Charles. “Né potrebbe essere dovuto alla variazione della luce da dove il flusso di trasferimento di massa colpisce il disco mentre la modulazione si sposta gradualmente rispetto all’orbita”.

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Ciò lasciava solo una possibile spiegazione, l’enorme flusso di raggi X stava irradiando il disco e provocandone la deformazione. L’ordito fornisce un enorme aumento dell’area del disco che potrebbe essere illuminata, facendo così aumentare notevolmente l’emissione di luce visiva se osservata al momento giusto. Tale comportamento era stato visto in binari a raggi X con donatori più massicci, ma mai in un transitorio di buco nero con un donatore di massa bassa come questo. Apre una strada completamente nuova per lo studio della struttura e delle proprietà dei dischi di accrescimento deformati.

Il professor Charles ha continuato: “Questo oggetto ha proprietà notevoli in un gruppo già interessante di oggetti che hanno molto da insegnarci sui punti finali dell’evoluzione stellare e sulla formazione di oggetti compatti. Conosciamo già un paio di dozzine di sistemi binari di buchi neri. nella nostra Galassia, che hanno tutte masse nell’intervallo di 5-15 masse solari. Crescono tutte per l’accrescimento di materia a cui abbiamo assistito in modo così spettacolare qui”.

A partire da circa 5 anni fa, un importante programma scientifico sul Southern African Large Telescope (SALT), per studiare gli oggetti transitori ha effettuato una serie di importanti osservazioni di binari compatti, inclusi sistemi di buchi neri come MAXI J1820+070. Come afferma il Principal Investigator di questo programma, il prof. Buckley, “SALT è uno strumento perfetto per studiare il comportamento mutevole di questi binari a raggi X durante le loro esplosioni, che può monitorare regolarmente per periodi di settimane o mesi e può essere coordinato con osservazioni da altri telescopi, compresi quelli spaziali”.

 

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