I venti dei buchi neri potrebbero star rubando alle galassie giganti le loro future stelle.

Secondo i modelli attuali, le galassie più massicce dovrebbero contenere una massa stellare superiore a quella effettivamente osservata dagli astronomi. Questa discrepanza suggerisce che qualche processo abbia soppresso la formazione stellare. Xin “Cindy” Xiang, dottoranda presso l’Università del Michigan, ha utilizzato i dati di XRISM per indagare su una delle principali spiegazioni e ha trovato prove che puntano direttamente ai buchi neri.

La maggior parte delle persone conosce i buchi neri come oggetti la cui gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire una volta oltrepassato un certo limite. Tuttavia, i buchi neri possono anche creare regioni estremamente luminose attorno a sé. Man mano che gas e polveri spiraleggiano verso l’interno, formano un disco di accrescimento che emette enormi quantità di energia, inclusi potenti raggi X.

Venti di buchi neri e formazione stellare

I dischi di accrescimento sono tra gli ambienti più energetici dell’universo. Il materiale che precipita verso il buco nero viene riscaldato dalla gravità e dall’attrito fino a trasformarsi in un plasma estremamente caldo. Allo stesso tempo, il disco può emettere potenti flussi di materia.

Questi venti possono essere abbastanza forti da spazzare via il gas da una galassia. Poiché il gas è la materia prima necessaria per formare nuove stelle, tali deflussi potrebbero ridurre significativamente la futura formazione stellare.

I dati raccolti da XRISM supportano tale possibilità. La missione è guidata dall’Agenzia spaziale giapponese (JAXA) in collaborazione con la NASA e l’Agenzia spaziale europea (ESA).

“Prima, senza XRISM, potevamo osservare solo le caratteristiche generali dei deflussi”, ha affermato Xiang. “Ma è necessario poter risolvere i dettagli più fini per rispondere a domande importanti. Qual è la loro struttura e geometria? Come vengono generati i venti e quando vengono generati?”

XRISM offre una visione più nitida

Lanciato nel 2023, XRISM ha iniziato le osservazioni scientifiche nell’autunno del 2024. La sua risoluzione energetica è circa 10 volte superiore a quella del suo predecessore, consentendo agli astronomi di esaminare gli ambienti dei buchi neri con un livello di dettaglio molto maggiore.

Xiang e i suoi collaboratori si sono concentrati su NGC 4151, una galassia brillante situata a poco più di 50 milioni di anni luce dalla Terra. Al suo centro si trova un nucleo galattico attivo (AGN), dove un buco nero supermassiccio sta attivamente consumando materiale e generando un disco di accrescimento luminoso. Questo rende NGC 4151 un laboratorio ideale per studiare i deflussi di materia generati dai buchi neri.

“Con XRISM, abbiamo la massima risoluzione per osservare gli AGN più brillanti e stiamo ottenendo le informazioni più complete sui deflussi che abbiamo osservato finora per un disco di accrescimento”, ha affermato Xiang.

Lavorando a fianco del professore di astronomia dell’Università del Michigan Jon Miller, Xiang ha precedentemente dimostrato che i venti provenienti dal disco di accrescimento di NGC 4151 possono raggiungere velocità sufficientemente elevate da espellere materiale dal sistema. Ha anche identificato il probabile meccanismo che guida questi deflussi (che sembra essere quello che viene chiamato azionamento magnetocentrifugo ed è simile a ciò che innesca i brillamenti solari).

Tracciamento dei deflussi più veloci dei buchi neri

Alla 248ª riunione dell’American Astronomical Society a Pasadena, in California, Xiang ha presentato un nuovo metodo per determinare quando i potenti venti di NGC 4151 sono attivi. Questo approccio potrebbe aiutare i ricercatori a identificare flussi di materia simili in altre galassie e a migliorare la comprensione dei nuclei galattici attivi (AGN) in tutto l’universo.

Poiché i venti degli AGN possono cambiare drasticamente nel tempo, Xiang aveva bisogno di un modo per individuare con precisione quando si verificavano i deflussi più veloci e intensi. Per fare ciò, ha analizzato centinaia di giorni di osservazioni XRISM di NGC 4151.

Il suo lavoro si è concentrato sui periodi in cui l’emissione di raggi X della galassia aumentava durante i brillamenti e su come il segnale di raggi X si evolveva nelle ore successive.

Oltre a misurare la luminosità, Xiang ha studiato se i raggi X rilevati fossero relativamente duri o morbidi, una proprietà paragonabile al colore nella luce visibile. Ha combinato queste misurazioni in una nuova metrica chiamata indice di intensità del colore. Miller ha suggerito di abbreviarne il nome in “cindicità”.

“In parte perché mi chiamo Cindy”, ha detto Xiang. “Ma l’idea è che, in futuro, potreste dirmi la cindicità della vostra fonte in questo momento e io potrei dirvi la probabilità che stiate assistendo a un rapido deflusso.”

Un nuovo collegamento temporale tra buchi neri e venti galattici

L’analisi ha rivelato uno schema sorprendente. In NGC 4151, i venti veloci più intensi sono apparsi quando i raggi X erano duri ma relativamente deboli.

I flussi di materia più rapidi non si sono verificati durante i brillamenti di raggi X stessi. Piuttosto, sono apparsi in genere circa 10.000 secondi, ovvero poco meno di tre ore, dopo. Questa scoperta fornisce la prima connessione temporale diretta tra l’attività a raggi X e i potenti venti che fluiscono dal disco di accrescimento del buco nero.

Identificando il momento in cui si verificano questi deflussi, gli astronomi dispongono ora di un nuovo e prezioso strumento per studiare come i buchi neri influenzano la crescita e l’evoluzione delle galassie, e forse anche perché alcune delle galassie più massicce dell’universo sono prive di così tante stelle.