Buchi neri, è possibile calcolarne massa analizzandone dieta

Rappresentazione artistica di un buco nero supermassiccio: quest'ultimo è invisibile ma è visibile il materiale che vortica ad alta velocità intorno e che forma il cosiddetto "disco di accrescimento". Questo materiale, quando oltrepassa l'orizzonte degli eventi, provoca un picco della luminosità del disco. Queste fluttuazioni casuali della luminosità possono essere analizzate per capire la massa del buco nero (credito: Mark A. Garlick/Simons Foundation)

È possibile capire le dimensioni di un buco nero analizzando gli schemi tramite i quali assimila la materia che lo circonda secondo un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign. In particolare è possibile analizzare lo “sfarfallio” della luminosità che avviene quando il materiale oltrepassa l’orizzonte degli eventi.

Metodo può essere applicato a buchi neri supermassicci molto grandi

Il metodo può essere applicato ai buchi neri supermassicci molto grandi, buchi neri che possono avere masse equivalenti a milioni o anche miliardi di volte quelle del Sole, che hanno del materiale intorno che possono attrarre ed inglobare. Questi buchi neri enormi di solito si trovano al centro delle galassie.
Come per ogni buco nero è impossibile intercettarli direttamente in quanto non emettono luce. È possibile però intercettare la luce provocata, si crede, dal “rimbalzo” energetico che avviene quando lo stesso buco nero acquisisce materiale.

Altro metodo per individuare i buchi neri

Un altro metodo, non oggetto di questo studio, può essere attuato qualora ci sia un numero sufficiente di stelle intorno, è intercettare gli effetti gravitazionali del buco nero supermassiccio su questi astri. Quest’ultimo metodo, per esempio, viene applicato al buco nero supermassiccio che si trova al centro della Via Lattea: sono stati analizzati i movimenti innaturali delle stelle intorno e si è stabilita la presenza di un buco nero supermassiccio.

Sfarfallio della luminosità può essere analizzato

Nel nuovo studio si parla del primo metodo: la luce intorno ad un buco nero, provocata dal turbinio veloce dei materiali e dei gas, non dal buco nero stesso, non è costante. C’è una sorta di sfarfallio, cambiamenti nei livelli di luminosità i quali possono avvenire su scale temporali molto diverse, da ore a decenni.
Come fa notare Colin Burke, studente laureato in astronomia supportato dal professore Yue Shen, due degli autori dello studio, gli studi che hanno cercato di capire il rapporto che esiste tra questo sfarfallio e la massa del buco nero supermassiccio sono stati diversi ma, secondo il ricercatore, inconcludenti, alcune volte controversi.

Scala temporale dello sfarfallio correlata con massa del buco nero

I ricercatori hanno, in questo caso, usato un grosso set di dati identificando una particolare scala temporale che sembra essere strettamente correlata con la massa del buco nero. Hanno poi scoperto che lo stesso vale anche per le nane bianche, resti di stelle “morte”, scoprendo una relazione tra il ritmo dello sfarfallio e la massa delle stesse nane bianche.
Secondo i ricercatori questi sfarfallii della luce proveniente dall’area intorno ai buchi neri supermassicci sono causate da fluttuazioni casuali nel processo di “alimentazione” degli stessi buchi neri. Queste fluttuazioni possono essere quantificate in funzione delle scale temporali.

Buchi neri più massicci caratterizzati da picchi di luminosità che avvengono a ritmi più lunghi

Per capire questo rapporto, i ricercatori fanno un esempio particolare che prende in considerazione l’attività di alimentazione umana: mentre bambini ruttano più di frequente quando bevono il latte, gli adulti possono trattenere lo stesso rutto per un tempo più lungo. I buchi neri supermassicci sembrano fare una cosa molto simile: quelli più grossi e massicci sembrano essere caratterizzati da picchi di luminosità che avvengono a ritmi più lunghi.
Secondo i ricercatori si tratta di processi universali e riguardano non solo i buchi neri ma anche altre tipologie di oggetti tra cui le nane bianche che sono invece molto più leggere.
“La stabile connessione tra lo sfarfallio della luce osservato e le proprietà fondamentali dell’accretore ci aiuterà sicuramente a comprendere meglio i processi di accrescimento”, spiega Yan-Fei Jiang, scienziato del Flatiron Institute ed altro autore dello studio.

Metodo utile per scoprire più buchi neri di massa intermedia

Questo metodo, secondo i ricercatori, potrebbe inoltre servire per individuare più buchi neri di massa intermedia. Si tratta di buchi neri più piccoli e leggeri di quelli supermassicci ma che, misteriosamente, sembrano essere molto più rari tanto che l’unico confermato è uno buco nero di 150 volte la massa del nostro Sole scoperto casualmente con le onde gravitazionali.
“Ora che esiste una correlazione tra il modello di sfarfallio e la massa dell’oggetto centrale in accrescimento, possiamo usarlo per prevedere come potrebbe essere il segnale di sfarfallio di un buco nero di massa intermedia”, spiega Burke.

Note e approfondimenti

  1. A characteristic optical variability time scale in astrophysical accretion disks | Science (IA) (DOI: 10.1126/science.abg9933)

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