Nuovo metodo per individuare coppie di buchi neri supermassicci

Unifi ha partecipato ad una ricerca internazionale guidata dall’Istituto Nazionale di Astrofisica e pubblicata su Nature Astronomy.
Rappresentazione artistica di una coppia di buchi neri supermassicci durante una fusione galattica (FOTO ESA)
Rappresentazione artistica di una coppia di buchi neri supermassicci durante una fusione galattica (FOTO ESA)

Nel cuore delle galassie albergano buchi neri supermassicci, di centinaia di milioni, se non miliardi, di masse solari.

Quando due galassie si scontrano, e lo fanno spesso, si uniscono e i due buchi neri supermassicci iniziano a spiraleggiare l’uno attorno all’altro, in quella danza gravitazionale che prima o poi li condurrà inevitabilmente a fondersi.

Di coppie di questo genere – in grado di produrre due nuclei galattici attivi (AGN, dall’inglese active galactic nucleus) all’interno dell’unica galassia risultante dalla fusione – l’universo dev’essere pieno, secondo i modelli cosmologici. Ma esiste un’enorme difficoltà nell’individuare queste coppie.

Ora, uno studio internazionale pubblicato su Nature Astronomy guidato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e a cui ha partecipato Unifi, ha messo a punto un metodo originale che consente di ottenere campioni estesi e affidabili di “candidati AGN doppi” – vale a dire, appunto, possibili coppie di buchi neri supermassicci [“Unveiling the population of dual- and lensed- AGNs at sub-arcsec separations with Gaia” https://doi.org/10.1038/s41550-022-01761-5].

La nuova tecnica sfrutta i dati raccolti da uno strumento progettato per tutt’altro scopo: il satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), nato per compilare la mappa multidimensionale più precisa e completa della Via Lattea. E si avvale, per la verifica dei risultati, delle capacità straordinarie di eseguire osservazioni ad alta risoluzione consentite, dallo spazio, dal telescopio Hubble, e da terra – grazie al sistema di ottiche adattive che annulla le distorsioni introdotte dalla turbolenza atmosferica – dal Large Binocular Telescope (LBT).

Volendo fare un’analogia, pensiamo a una fotocellula piazzata all’ingresso di un’attrazione – un museo, uno stadio, un supermercato – per contare le persone che entrano: una persona, un picco di segnale. Se entro un intervallo di tempo molto breve – un secondo, per esempio – vengono prodotti due picchi, significa che sono entrate due persone a distanza molto ravvicinata. Forse una coppia? È possibile.

Ma quanto devono essere vicini fra loro, due buchi neri, per poter essere considerati una coppia? «Sono una coppia quando fanno parte della stessa galassia, ma questo non riusciamo a determinarlo direttamente. Assumiamo quindi una distanza massima di circa 20mila anni luce, una distanza inferiore a quella fra il Sole e il centro della Via Lattea» spiega Alessandro Marconi, docente di Astronomia e astrofisica dell’Ateneo fiorentino, che insieme alla ricercatrice Elisabeta Lusso e alla dottoranda Giulia Tozzi ha partecipato allo studio.

Assumendo tale soglia, le coppie di buchi neri supermassicci attualmente note sono soltanto quattro. Ma con il metodo del gruppo di astronomi fiorentini questo numero potrebbe esplodere, arrivando potenzialmente a molte centinaia. Questo grazie al fatto che Gaia, pur realizzato per studi stellari, è l’unico strumento che abbia osservato l’intero cielo in alta risoluzione, ed è dunque anche l’unico in grado di trovare ­– evidenziandole con i suoi picchi multipli – queste coppie molto vicine, e molto rare, di buchi neri supermassicci.

 


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