NASA rileva il ‘battito cardiaco’ del più piccolo buco nero conosciuto

Buco nero - rappresentazione artistica della NASA

Un team internazionale di astronomi ha individuato quello che potrebbe essere il più piccolo buco nero conosciuto utilizzando i dati del Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) della NASA. La prova verrebbe da uno specifico tipo di raggio X, soprannominato “battito cardiaco” a causa della sua somiglianza con un elettrocardiogramma. Il modello fino ad ora è stato registrato in un solo altro sistema.

Nominato IGR J17091-3624 dalle coordinate astronomiche della sua posizione in cielo, il sistema binario combina una stella normale con un buco nero che può pesare meno di tre volte la massa del sole. Il che lo posiziona al limite teorico dell’esistenza di un buco nero per quello che riguarda la massa.

I gas della stella fluiscono  verso il buco nero e formano un disco intorno ad esso. Gli attriti all’interno del disco riscaldano il gas a milioni di gradi, temperatura abbastanza elevata da  emettere raggi-X. Le variazioni cicliche  osservate nell’intensità dei raggi X riflettono i processi che avvengono all’interno del disco di gas. Gli scienziati ritengono che i cambiamenti più rapidi si verificano in prossimità dell’orizzonte degli eventi del buco nero, il punto oltre il quale nulla, nemmeno la luce, può sfuggire.

Gli astronomi sono venuti a conoscenza del sistema binario durante un’esplosione nel 2003. I dati d’archivio da missioni spaziali dimostravano un’attività  ogni pochi anni. L’attività più recente è iniziata a febbraio ed è in corso. Il sistema si trova in direzione della costellazione dello Scorpione, ma la sua distanza non è ben stabilita. Potrebbe essere a 16.000 anni-luce secondo la stima più bassa o a più di 65.000 anni luce di distanza.

Il detentore del record per variabilità di raggi X è un altro buco nero del sistema binario chiamato GRS 1915 105. Questo sistema è unico nella visualizzazione di più di una dozzina di modelli altamente strutturati, tipicamente di durata compresa tra secondi e ore.

“Pensiamo che la maggior parte di questi modelli rappresentino cicli di accumulo e di espulsione in un disco instabile. Fino ad ora ne abbiamo conosciute sette in IGR J17091”, ha detto Tomaso Belloni dell’Osservatorio di Brera a Merate, Italia.

In GRS 1915, i forti campi magnetici in prossimità dell’orizzonte degli eventi del buco nero espellono una parte del gas in due getti opposti, con un’esplosione verso l’esterno a circa il 98 per cento della velocità della luce.

Le variazioni di raggi X dello spettro osservato da RXTE durante ogni battito rivelano che la regione più interna del disco emette radiazioni sufficienti a spingere indietro il gas, creando un forte vento verso l’esterno che interrompe il flusso verso l’interno. Questo corrisponde alla minima emissione. Alla fine, il disco interno diventa così luminoso e caldo, si disintegra e si tuffa verso il buco nero, ristabilendo il getto e l’inizio del nuovo ciclo. L’intero processo avviene in appena 40 secondi.

Anche se non vi è alcuna prova diretta che IGR J17091 possieda un getto di particelle, il suo “battito cardiaco” suggerisce proprio questo. I ricercatori dicono che l’emissione del battito  di questo sistema può essere 20 volte più debole di GRS 1915 e può essere circa otto volte più veloce, con un ciclo di meno di cinque secondi.

Gli astronomi stimano che GRS 1915 è circa 14 volte la massa del sole, collocandolo tra i buchi neri più massicci noti che si sono formati a causa del crollo di una singola stella. Il team di ricerca ha analizzato sei mesi di osservazioni dell’RXTE per confrontare i due sistemi, giungendo alla conclusione che IGR J17091 deve possedere un minuscolo buco nero.

“Così come la frequenza cardiaca di un topo è più veloce di quella di un elefante, i segnali di questi  buchi neri dipendono dalla loro massa”, ha detto Diego Altamirano, un astrofisico presso l’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi e autore di un documento che descrive i risultati nel numero del 4 novembre di The Astrophysical Journal Letters.

I ricercatori dicono che questa analisi è solo l’inizio di un programma più ampio che confronterà questi due buchi neri in dettaglio utilizzando i dati di RXTE, il satellite Swift della NASA e l’osservatorio europeo XMM-Newton .

“Fino a questo studio, GRS 1915 era essenzialmente un una tantum, e non si può capire molto da un solo esempio”, ha detto Tod Strohmayer,  scienziato del progetto  per l’RXTE Goddard Space Flight Center di Greenbelt della NASA , nel Maryland: “Ora , con un secondo sistema con  tipi simili di variabilità, possiamo davvero iniziare a ercare di capire cosa accade sull’orlo di un buco nero. ”

Lanciato alla fine del 1995, l’RXTE è secondo solo a Hubble come servizio di missioni operative della NASA. L’RXTE fornisce una finestra unica per l’osservazione in ambienti estremi di stelle di neutroni e buchi neri.