Un articolo pubblicato sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” riporta uno studio del buco nero MAXI J1820+070, parte di un sistema binario a raggi X che include una stella normale alla quale il buco nero ruba gas. Un team di astronomi coordinato dall’Università britannica di Southampton ha usato gli strumenti HiPERCAM e NICER per rilevare rispettivamente luce visibile e raggi X emessi durante un’attività esplosiva del 2018. I dati raccolti sono stati usati per creare un video rallentato fino a dieci volte per permettere agli astronomi di vedere i brillamenti più rapidi ed esaminare i dettagli di quell’attività.

Nei sistemi binari a raggi X il gas strappato alla stella normale ricade sulla compagna, un oggetto compatto con un forte campo gravitazionale che può essere una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. Nella sua caduta verso quell’oggetto, il gas emette i raggi X che possono essere rilevati dalla Terra assieme alla luce visibile emessa dalla stella.

Nel caso del sistema che contiene MAXI J1820+070, binario a raggi X di piccola massa, i raggi X sono stati rilevati usando lo strumento NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), montato sulla Stazione Spaziale Internazionale soprattutto per studiare le stelle di neutroni, mentre la luce visibile è stata rilevata usando lo strumento HiPERCAM al Gran Telescopio Canarias (La Palma, Isole Canarie).

Il sistema del buco nero MAXI J1820+070 è lontano circa 10.000 anni luce dalla Terra, una distanza alla quale è difficile osservare i dettagli di oggetti così piccoli e fiochi. La combinazione degli strumenti NICER e HiPERCAM ha permesso di registrare con continuità le emissioni provenienti da quel sistema con i cambiamenti della sua luminosità a oltre 300 immagini al secondo. Il risultato è un filmato che mostra violenti brillamenti alla luce visibile e ai raggi X.

John Paice, primo autore di questo studio, ha presentato il filmato spiegando che è stato creato usando dati reali ma rallentato a un decimo della sua velocità reale per permettere all’occhio umano di cogliere i brillamenti più rapidi. I materiali attorno al buco nero sono talmente luminosi da eclissare la stella che esso sta consumando. I bagliori più rapidi durano solo alcuni millisecondi con un’energia pari a quella emessa da cento soli.

Gli astronomi hanno scoperto che i cali nei livelli nei raggi X sono accompagnati da un aumento nella luce visibile e viceversa. I bagliori più veloci nella luce visibile sono stati rilevati una frazione di secondo dopo i lampi di raggi X. Si tratta di uno schema che rivela indirettamente la presenza di plasma, gas ionizzato caldissimo in strutture in profondità nel campo gravitazionale del buco nero.

La differenza di una frazione di secondo tra emissioni di raggi X e di luce visibile è stata osservata anche in altri due sistemi che ospitano buchi neri, GX 339-4 e V404 Cyg, ma mai a questi livelli di dettagli. Il dottor Poshak Gandhi, un altro degli autori di questo studio, ha dichiarato che vedere questa caratteristica in tre sistemi rafforza l’idea che essa sia unificante di buchi neri in fase di crescita. Se ciò è vero, deve dirci qualcosa di fondamentale sul funzionamento dei flussi di plasma attorno ai buchi neri. Le nostre idee migliori considerano un collegamento profondo tra i frammenti di plasma che spiraleggiano verso il buco nero e quelli che defluiscono da esso. Si tratta di condizioni fisiche estreme che non possiamo replicare nei laboratori sulla Terra e non capiamo come la natura le gestisca. Quei dati saranno cruciali per guidarci verso la teoria corretta.

Questo tipo di ricerca può offrire nuove informazioni sui processi in atto nell’area che circonda un buco nero. Le emissioni dei materiali strappati alla stella compagna in un sistema binario a raggi X offre dettagli su un ambiente estremo e rende possibile testare ipotesi scientifiche.