News originale in inglese: 2006-04 - Immagini e filmati

  

Buchi Neri “mostruosi” si accrescono a seguito di fusioni tra galassie

Un’analisi della piu’ profonda immagine dell’universo fotografata da Hubble Space Telescope fornisce una prova convincente che i buchi neri “mostruosi” al centro delle galassie non sono nati gia’ enormi, ma sono cresciuti col tempo a seguito di ripetute fusioni tra galassie.

“Attraverso lo studio di galassie distanti nell’Hubble Ultra Deep Field (HUDF), abbiamo ottenuto la prima evidenza statistica del fatto che l’accrescimento dei buchi neri supermassivi e’ collegato al processo di fusione tra galassie”, sostiene l’astronomo Rogier Windhorst dell’Arizona State University di Tempe (Arizona), membro dei due gruppi che hanno condotto l’analisi. “I buchi neri crescono attirando a se’ stelle, gas e polvere cosmica. Questi componenti diventano piu’ abbondanti nelle loro vicinanze quando le galassie si fondono.”

I due gruppi presenteranno i loro risultati in una conferenza stampa il 10 Gennaio al 207esimo meeting dell’American Astronomical Society a Washington, DC.

Gli studi di HUDF confermano anche le predizioni di alcune recenti simulazioni effettuate al computer da Lars Hernquist, Philip Hopkins, Tiziana Di Matteo e Volker Springel dello Harvard Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachussetts. I risultati mostrano che le galassie in procinto di fondersi sono immerse in talmente tanta polvere cosmica da non permettere agli astronomi di osservare l’accrescimento del buco nero. Le simulazioni al computer, supportate da Hubble, indicano che sono necessari da centinaia di milioni ad un miliardo di anni prima che si sollevi abbastanza polvere da poter vedere i buchi neri ingoiare stelle e gas dalla fusione. Il segno distintivo dell’accrescimento dei buchi neri e’ la variazione col tempo della luce proveniente dalle galassie.

I due gruppi HUDF ritengono di avere osservato due fasi distinte dell’evoluzione galattica: la prima fase (la fase “girino”) in cui i sistemi iniziano a fondersi ed i buchi neri sono ancora immersi nella polvere, e la seconda fase (molto piu’ tardiva) in cui il sistema dopo la fusione ha spazzato via abbastanza polvere da rendere visibile il disco interno di accrescimento intorno al buco nero.

“Il fatto che queste fasi siano separate e’ una sorpresa, poiche’ si riteneva che la fusione tra galassie e l’attivita’ del buco nero centrale fossero intimamente legate. La porzione di universo a noi vicina ha galassie mature, ma dobbiamo studiare la loro evoluzione col tempo se vogliamo capire come esse si siano formate ed evolute”, spiega Windhorst. “HUDF rappresenta un vero e proprio sguardo nel passato e ci fornisce fotografie di galassie lontane in maniera da poter studiare il loro comportamento quando erano giovani.”

Un collegamento tra la crescita delle galassie attraverso fusioni e l’accrescimento dei buchi neri centrali e’ stato a lungo congetturato. Tuttavia per molti anni non ne sono state trovate le prove. “HUDF ci ha fornito informazioni di alta qualita’. Sono i primi dati che possiamo utilizzare per testare la teoria, dal momento che possiamo studiare circa 5000 galassie su un periodo di quattro mesi”, dice Seth Cohen dell’Arizona State University, leader di uno dei due gruppi.

Le osservazioni di HUDF hanno dunque gettato luce su come la crescita di buchi neri “mostruosi” vada di pari passo con quella delle galassie. Un gruppo di astronomi, guidato da Amber Straughn dell’Arizona State University, ha ricercato in HUDF tracce di galassie “girino”, cosi’ chiamate a causa di “nodi” e “code” luminose a seguito della fusione. Queste caratteristiche sono prodotte quando le galassie perdono l’attrazione gravitazionale verso le loro stelle, espellendone alcune nello spazio. Il gruppo ha trovato all’incirca 165 galassie “girino”, che rappresentano il 6% circa delle 2700 galassie studiate.

“Con nostra grande sorpresa, tuttavia, questi oggetti “girino” non hanno mostrato alcuna fluttuazione nella luminosita’”, dice Straughn. “La luce intermittente, ove presente, viene dal materiale rotante intorno ad un disco di accrescimento di un buco nero. Il materiale e’ riscaldato e comincia a risplendere. Nel suo spiraleggiare verso il buco nero, puo’ rapidamente variare in luminosita’. Questo studio sulle galassie “girino” suggerisce che i buchi neri nelle galassie in procinto di fondersi sono immersi nella polvere, e dunque non possiamo vedere il loro accrescimento.”

Il gruppo di Cohen ha studiato la luminosita’ di circa 4600 oggetti in HUDF su diverse settimane e mesi. Il gruppo di Hubble ha trovato che circa 45 oggetti (non “girino”), che rappresentano l’1% della totalita’ delle galassie studiate, mostrano significative fluttuazioni in luminosita’. Questo risultato indica che le galassie contengono probabilmente buchi neri supermassivi che si nutrono di stelle e gas.

L’analisi HUDF rinforza anche i precedenti studi di Hubble sui buchi neri “mostruosi” nel centro di galassie giganti vicine. Questi studi hanno mostrato una stretta relazione tra la massa del nucleo centrale di stelle e quella del buco nero centrale. Oggi le galassie hanno buchi neri con masse che vanno da pochi milioni a qualche miliardo di masse solari.