L'origine del fantasma di Mirach lascia perplessi gli scienziati dei buchi neri

 A circa 10 milioni di anni luce dalla Terra, una galassia sfocata chiamata Mirach's Ghost potrebbe aiutare a svelare un oscuro mistero: da dove provenissero i più grandi buchi neri dell'universo. Ma questa galassia spettrale ha anche approfondito il mistero che circonda la nascita di questi oggetti.

Un buco nero è una singolarità, una regione nello spazio-tempo in cui la materia è diventata troppo densa per sostenersi ed è collassata in un punto senza forma. I buchi neri supermassicci (SMBH) sono mostri cosmici, che spesso pesano miliardi di volte la massa del nostro sole, rispetto alla massa delle stelle pesanti che formano i normali buchi neri. Si siedono al centro di grandi galassie, aspirando gas e sferzando le stelle con la loro immensa gravità. Ce n'è uno al centro della Via Lattea e uno ancora più grande al centro della galassia Virgo A che gli astronomi hanno fotografato. Ma non è ancora chiaro come si siano formati questi oggetti mammut.

I fisici pensano che ci siano due possibilità: forse gli SMBH sono caratteristiche antiche dell'universo, oggetti che sono collassati direttamente dalla massa calda che scorreva nello spazio dopo il Big Bang. O forse si sono formati come ogni altro buco nero nell'universo: a seguito delle detonazioni di stelle morenti. Se quest'ultima spiegazione fosse corretta, gli SMBH avrebbero iniziato in piccolo e avrebbero raccolto massa aggiuntiva nel corso degli eoni inghiottendo polvere e altre stelle.

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"Il problema è che in entrambi i casi la maggior parte dei buchi neri è cresciuta in modo significativo dalla loro nascita, inghiottendo nuvole di gas e polvere che turbinano intorno a loro", ha detto Timothy Davis, astrofisico presso l'Università di Cardiff in Galles. "Questo li rende più pesanti e rende difficile determinare la massa con cui hanno iniziato la loro vita".

Così Davis ei suoi colleghi sono andati alla ricerca degli SMBH più piccoli che sono riusciti a trovare.

Questi piccoli supermassivi, ha detto, "non hanno avuto la possibilità di consumare grandi quantità di materiale in passato, [quindi studiandoli ci stiamo avvicinando] a rivelare come dovevano essere gli SMBH quando si sono formati".

I ricercatori hanno studiato l'SMBH al centro della galassia "Mirach's Ghost" (così chiamato perché dalla Terra la galassia sembra un'apparizione vicino alla stella Mirach), utilizzando una nuova tecnica per determinarne la massa.

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Basandosi sui dati dell'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Cile, i ricercatori hanno misurato la velocità del monossido di carbonio mentre vorticava verso l'SMBH al centro della galassia fantasma di Mirach.

"Proprio come l'acqua che gira intorno a un buco nero, questo gas va sempre più velocemente mentre si avvicina al buco nero", ha detto Davis.

Quel vortice è un prodotto della massa del buco nero, quindi la velocità del vortice - misurata con precisione - può dire ai ricercatori quanto pesa il buco nero. Le immagini di ALMA, con una risoluzione di 1,5 anni luce (molto dettagliate per un oggetto così distante), lo hanno reso possibile. Questo SMBH, hanno scoperto, ha una massa inferiore a 1 milione di volte quella del nostro sole - un bambino per gli standard SMBH. Sulla base delle stime di quanto è cresciuto dalla sua nascita, probabilmente pesava meno di 500.000 volte la massa del nostro sole quando è nato, ha detto Davis.

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Ciò non prova che nessuna delle storie sull'origine sia corretta, hanno scoperto i ricercatori. Ma in qualche modo fa pendere la bilancia contro il modello del collasso diretto, escludendo completamente versioni più estreme della teoria del collasso diretto. Alcune teorie sul collasso diretto non consentono affatto la formazione di SMBH così piccoli.

Tuttavia, l'origine dei buchi neri è un mistero. Un problema: altre osservazioni hanno dimostrato che SMBH molto grandi esistevano nella loro forma attuale subito dopo il Big Bang, il che sfida le nostre ipotesi su quanto velocemente possano crescere i buchi neri.

"Conosciamo due modi principali per creare SMBH, e nessuno di questi può creare direttamente buchi neri di queste dimensioni. Invece devono essere nati più piccoli e cresciuti fino a raggiungere queste dimensioni prodigiose. Questo è davvero difficile da fare, poiché c'è un limite. a quanto un buco nero può ingoiare nel tempo disponibile da quando l'universo è stato creato ", ha detto Davis. "Il nostro lavoro rafforza questo problema. Abbiamo dimostrato che qualunque meccanismo rende SMBH consente loro di avere una massa inferiore a 500.000 volte la massa del nostro sole quando nascono".

Anche se questo fa pendere la bilancia contro la teoria del collasso diretto, nessuna delle due offre buone spiegazioni sulla provenienza di un SMBH così piccolo. L'eventuale risposta comporterà probabilmente alcune modifiche significative a uno dei modelli che i fisici hanno in questo momento.

Quindi ora i fisici sanno qualcosa di più su come sono i giovani SMBH. Ma non sono ancora sicuri da dove vengano. Il documento che descrive il buco nero al centro del Fantasma di Mirach è stato pubblicato oggi (14 luglio) nella rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society.