Gli astrofisici americani e australiani hanno scoperto un candidato per i buchi neri di media massa. Hanno preso questo nome perché sono più pesanti dell'ordinario - cioè quelli formati a seguito del collasso gravitazionale delle stelle - oggetti, ma più leggeri dei buchi neri supermassicci, solitamente situati nei nuclei attivi di grandi galassie. L'origine degli oggetti insoliti non è ancora chiara. "Lenta.ru" parla dei buchi neri di masse intermedie e della scoperta degli scienziati.
La maggior parte dei buchi neri noti agli scienziati, ovvero oggetti che nessuna materia può lasciare (ignorando gli effetti quantistici), sono o buchi neri di massa stellare o buchi neri supermassicci. L'origine di questi oggetti gravitazionali è più o meno chiara agli astronomi. I primi, come suggerisce il nome, rappresentano lo stadio finale dell'evoluzione dei luminari pesanti, quando le reazioni termonucleari cessano nelle loro profondità. Sono così pesanti che non si trasformano in nane bianche o stelle di neutroni.
Piccole stelle come il Sole si trasformano in nane bianche. La loro forza di compressione gravitazionale è bilanciata dalla repulsione elettromagnetica del plasma elettrone-nucleare. Nelle stelle più pesanti, la gravità è limitata dalla pressione della materia nucleare, il che si traduce in stelle di neutroni. Il nucleo di tali oggetti è formato da un liquido neutronico, che è ricoperto da un sottile strato di plasma di elettroni e nuclei pesanti. Infine, i luminari più pesanti si trasformano in buchi neri, il che è perfettamente descritto dalla relatività generale e dalla fisica statistica.
Ammasso stellare globulare 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Il valore limite della massa di una nana bianca, che le impedisce di trasformarsi in una stella di neutroni, fu stimato nel 1932 dall'astrofisico indiano Subramanian Chandrasekhar. Questo parametro è calcolato dalla condizione di equilibrio del gas elettronico degenere e dalle forze gravitazionali. Il valore attuale del limite di Chandrasekhar è stimato a circa 1,4 masse solari. Il limite superiore della massa di una stella di neutroni, al quale non si trasforma in un buco nero, è chiamato limite di Oppenheimer-Volkov. È determinato dalla condizione di equilibrio della pressione del gas neutronico degenere e dalle forze di gravità. Nel 1939, gli scienziati ricevettero il suo valore a 0,7 masse solari; le stime moderne vanno da 1,5 a 3,0.
Le stelle più massicce sono 200-300 volte più pesanti del Sole. Di regola, la massa di un buco nero proveniente da una stella non supera questo ordine di grandezza. All'altra estremità della scala ci sono buchi neri supermassicci: sono centinaia di migliaia o addirittura decine di miliardi di volte più pesanti del Sole. Di solito tali mostri si trovano nei centri attivi di grandi galassie e hanno un'influenza decisiva su di essi. Nonostante il fatto che l'origine dei buchi neri supermassicci sollevi anche molte domande, ad oggi, sono stati scoperti abbastanza oggetti di questo tipo (più strettamente - candidati per loro) per non dubitare della loro esistenza.
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Ad esempio, al centro della Via Lattea, a una distanza di 7,86 kiloparsec dalla Terra, si trova l'oggetto più pesante della Galassia: il buco nero supermassiccio Sagittario A *, che è più di quattro milioni di volte più pesante del Sole. Nel vicino grande sistema stellare, la Nebulosa di Andromeda, è un oggetto ancora più pesante: un buco nero supermassiccio, che è probabilmente 140 milioni di volte più pesante del Sole. Gli astronomi stimano che tra circa quattro miliardi di anni un buco nero supermassiccio della Nebulosa di Andromeda ne inghiottirà uno dalla Via Lattea.
Buco nero di media massa (immaginato dall'artista)
Immagine: CfA / M. Weiss
Questo meccanismo indica il modo più probabile in cui si formano i buchi neri giganti: assorbono semplicemente tutta la materia intorno a loro. Tuttavia, la domanda rimane: esistono in natura buchi neri di masse intermedie, tra stellari e superpesanti? Le osservazioni degli ultimi anni, comprese quelle pubblicate nel recente numero della rivista Nature, lo confermano. Nella pubblicazione, gli autori hanno riportato la scoperta di un probabile candidato per buchi neri di massa media al centro dell'ammasso stellare globulare 47 Toucan (NGC 104). Le stime mostrano che è circa 2,2 mila volte più pesante del Sole.
Il cluster 47 Toucan si trova a 13mila anni luce dalla Terra nella costellazione del Tucano. Questo insieme di luminari legati gravitazionalmente si distingue per la sua grande età (12 miliardi di anni) e per la luminosità estremamente elevata tra tali oggetti (secondo solo all'omega Centauri). NGC 104 contiene migliaia di stelle, confinate in una sfera condizionale di 120 anni luce di diametro (tre ordini di grandezza inferiore al diametro del disco della Via Lattea). Anche in 47 Toucan ci sono una ventina di pulsar: sono diventate l'oggetto principale della ricerca da parte degli scienziati.
Precedenti ricerche nel centro di NGC 104 per un buco nero non hanno avuto successo. Tali oggetti si rivelano in modo indiretto, dai caratteristici raggi X emanati dal disco di accrescimento che li circonda, formato dal gas riscaldato. Nel frattempo, il centro di NGC 104 non contiene quasi gas. D'altra parte, un buco nero può essere rilevato dal suo effetto sulle stelle che ruotano nelle sue vicinanze - qualcosa del genere è possibile studiare Sagittario A *. Tuttavia, anche qui, gli scienziati hanno dovuto affrontare un problema: il centro di NGC 104 contiene troppe stelle per essere in grado di comprendere i loro movimenti individuali.
Radiotelescopio Parks
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Gli scienziati hanno cercato di aggirare entrambe le difficoltà, senza abbandonare allo stesso tempo i metodi abituali di rilevamento dei buchi neri. In primo luogo, gli astronomi hanno analizzato la dinamica delle stelle dell'intero ammasso globulare nel suo insieme, e non solo quelle stelle che sono vicine al suo centro. Per fare questo, gli autori hanno preso i dati sulla dinamica dei luminari di 47 Toucan, raccolti durante le osservazioni dall'osservatorio radiofonico australiano di Parkes. Gli scienziati hanno utilizzato le informazioni ottenute per la modellazione al computer nel quadro del problema gravitazionale di N corpi. Ha mostrato che c'è qualcosa al centro di NGC 104 che assomiglia a un buco nero di massa media nelle caratteristiche. Tuttavia, questo non è stato sufficiente.
I ricercatori hanno deciso di testare le loro scoperte su pulsar, resti compatti di stelle morte, i cui segnali radio gli astronomi hanno imparato a tracciare abbastanza bene. Se NGC 104 contiene un buco nero di massa media, le pulsar non possono essere posizionate troppo vicino al centro di 47 Toucan e viceversa. Come gli autori si aspettavano, il primo scenario è stato confermato: la posizione delle pulsar in NGC 104 è in buon accordo con il fatto che al centro dell'ammasso è presente un buco nero di massa media.
Gli autori ritengono che oggetti gravitazionali di questo tipo possano essere localizzati nei centri di altri ammassi globulari, probabilmente dove sono già o non sono ancora ricercati. Ciò richiederà un'attenta considerazione di ciascuno di questi cluster. Che ruolo giocano i buchi neri di massa intermedia e come si sono formati? Non è ancora noto con certezza. Nonostante le molte opzioni per la loro ulteriore evoluzione, il coautore dello studio Bulent Kiziltan ritiene che "potrebbero essere i semi originali che sono cresciuti nei mostri che vediamo oggi nei centri delle galassie".
Yuri Sukhov
