Gli astronomi hanno assistito a un buco nero energetico

Un team di astronomi guidato da ricercatori dell'Università di Birmingham, dell'University College di Londra e della King's University di Belfast ha scoperto una delle più drammatiche "accensioni" di buchi neri mai osservate. Presenteranno i loro risultati martedì, luglio 4, a Convegno astronomico nazionale 2023 a Cardiff.

J221951-484240, noto come J221951, è uno dei transitori più luminosi – oggetti astrofisici che cambiano la loro luminosità in un breve periodo di tempo – mai registrati. È stato scoperto dalla dottoressa Samantha Oates, astronoma dell'Università di Birmingham, e dal suo team nel settembre 2019 durante la ricerca della luce elettromagnetica da un'onda gravitazionale. Il team ha utilizzato i telescopi ultravioletti e ottici a bordo del Neil Gerrells Swift Observatory per cercare una kilonova, la firma di una stella di neutroni che si fonde con un'altra stella di neutroni o buco nero. Di solito, la kilonova appare blu, poi svanisce e diventa rossa entro pochi giorni. Invece, hanno trovato qualcosa di ancora più insolito: J221951. Sembrava blu, ma non cambiava colore né sbiadiva così velocemente come una kilonova.

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Diversi telescopi sono stati usati per osservare J221951 e determinarne la natura, inclusi i telescopi spaziali Swift/UVOT e Hubble della NASA, il South African Large Telescope e strumenti dell'ESO come il Very Large Telescope e lo strumento GROND sul telescopio MPG/ESO da 2,2 metri all'osservatorio di La Silla.

Lo spettro di J221951 ottenuto dal telescopio spaziale Hubble ha escluso una connessione di onde gravitazionali di J221951. Studiando lo spettro luminoso di J221951, la dottoressa Oates e il suo team sono stati in grado di determinare che la sorgente si trova a circa 10 miliardi di anni luce di distanza, in contrasto con il segnale dell'onda gravitazionale, che è stato rilevato a meno di 0,5 miliardi di anni luce di distanza. Il fatto che risplenda così intensamente a una distanza così grande rende J221951 uno dei transitori più luminosi mai scoperti.

Le prove suggeriscono che J221951 si sia formato come risultato di un buco nero supermassiccio che ha assorbito molto rapidamente il materiale circostante. Una galassia rossa è stata osservata a J221951 prima della sua scoperta e la posizione di J221951 è coerente con il centro della galassia, dove dovrebbe risiedere naturalmente un enorme buco nero. Ha iniziato a brillare all'improvviso, circa 10 mesi prima che fosse rilevato per la prima volta, il che significa che il buco nero ha iniziato ad alimentarsi molto rapidamente dopo essere rimasto in silenzio per un po'. Lo spettro ultravioletto mostra caratteristiche di assorbimento coerenti con il materiale spinto verso l'esterno da un enorme rilascio di energia. Questo, combinato con l'elevata luminosità, rende questo buco nero una delle "accensioni" più drammatiche mai osservate.

Il team ha identificato due possibili meccanismi che potrebbero spiegare un'alimentazione così estrema di un buco nero supermassiccio. La prima è che potrebbe essere stata causata da una perturbazione mareale: la distruzione di una stella mentre passa vicino al buco nero supermassiccio al centro della sua galassia. La seconda opzione è che potrebbe essere stato causato da un nucleo galattico attivo che "ha cambiato il suo stato" da dormiente ad attivo. J221951 segnalerebbe quindi che il buco nero dormiente al centro della galassia ospite ha iniziato a nutrirsi di materiale proveniente dal disco di accrescimento.

Il dottor Matt Nicholl, un membro del team della King's University di Belfast, ha dichiarato: "La nostra comprensione delle diverse cose che possono fare i buchi neri supermassicci si è notevolmente ampliata negli ultimi anni, grazie alla scoperta di starburst e all'accrescimento di buchi neri con luminosità estremamente variabili. " E aggiunge: “J221951 è uno degli esempi più estremi di un buco nero che ci coglie di sorpresa. Un'ulteriore osservazione di J221951 per determinare il rilascio totale di energia potrebbe consentirci di determinare se si tratta di un assorbimento mareale della stella da parte di un buco nero in rapida rotazione o di un nuovo tipo di attivazione dell'AGN".

Dr. N. Paul Quinn, un altro membro del team dello Space Science Laboratory. Mallard dell'University College di Londra, ha dichiarato: “La scoperta chiave è stata che lo spettro ultravioletto ottenuto da Hubble ha escluso un'origine galattica. Ciò dimostra quanto sia importante mantenere le capacità dello spettrografo UV spaziale in futuro".

La dott.ssa Samantha Oates aggiunge: "In futuro, potremmo essere in grado di ottenere importanti indizi per distinguere un evento di interruzione della marea da scenari di nucleo galattico attivo. Ad esempio, se J221951 è associato all'accensione di una supernova, potremmo aspettarci che smetta di sbiadire e ricresca di luminosità, mentre se J221951 è un disturbo di marea, ci aspetteremmo che continui a svanire. Dovremo continuare a osservare J221951 nei prossimi mesi e anni per catturare il suo comportamento tardivo".

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