

Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal” riporta uno studio su un possibile meccanismo di crescita rapida dei buchi neri supermassicci che potrebbe spiegare la loro presenza quando l’universo era molto giovane. Lo studente della SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) Lumen Boco e il suo supervisore Andrea Lapi hanno creato un nuovo modello basato su un processo già considerato importante come l’attrito dinamico nel mezzo gassoso applicandolo a fusioni multiple.

Quasar esistevano già quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni e le loro fortissime emissioni elettromagnetiche sono tali da essere visibili dalla Terra anche da distanze di circa 13 miliardi di anni luce. I quasar sono alimentati da buchi neri supermassicci e ciò significa che esistevano buchi neri con masse che erano milioni di volte quella del Sole quando l’universo era ancora molto giovane in termini astronomici. I meccanismi che permisero di concentrare tali masse in tempi relativamente brevi, pensando anche che la formazione delle prime galassie richiese qualche centinaio di milioni di anni, sono ancora oggetto di discussioni. Un modello viene ora proposto per spiegare perché le prime fasi di sviluppo di un buco nero supermassiccio potrebbero essere più rapide di quanto si pensasse.

I buchi neri di origine stellare nascono da nuclei rimasti dopo che le supernove hanno posto fine alla normale vita delle stelle. In giovani galassie essi potevano essere prodotti in notevoli quantità e in tempi rapidi perché c’erano molte stelle massicce che consumavano il loro idrogeno in pochi milioni di anni. Questi buchi neri, con masse qualche decina di volte quella del Sole, erano immersi in nubi di gas che esercitavano su di essi un attrito dinamico che poteva portarli a migrare verso il centro della galassia. In quella regione, i buchi neri potevano fondersi fino a formare quello che viene chiamato il seme di un buco nero supermassiccio. Questo meccanismo è considerato lento e i buchi neri supermassicci osservati nell’universo primordiale non potrebbero esistere solo grazie ad esso. Questa nuova ricerca offre una soluzione che spiega perché quel processo sia molto più rapido.

Secondo i ricercatori, un seme con una massa compresa tra 10.000 e 100.000 volte quella del Sole impiega tra 50 e 100 milioni di anni per formarsi. A quel punto, il seme attira il gas circostante in quantità enormi perché secondo il modello creato in questa ricerca la massa del seme rende la sua crescita molto rapida, al punto da raggiungere i livelli osservati nei quasar primordiali.

L’immagine (Cortesia L. Boco et al. Tutti i diritti riservati) illustra il meccanismo di formazione del seme. Un buco nere è indicato come “Compat remnant”, attratto verso il centro della galassia che lo ospita dove c’è un buco nero (Central BH) con cui si fonde emettendo onde gravitazionali (GW).

Il monitoraggio di fonti di emissioni di onde gravitazionali da parte della collaborazione LIGO/Virgo migliora in continuazione e in futuro rivelatori di nuova generazione potranno migliorare ulteriormente le indagini. Ciò potrebbe permetteer di verificare il modello proposto in questa ricerca, che per ora è basato su calcoli matematici. Ancora una volta, il futuro della ricerca sui buchi neri potrebbe essere legato alle onde gravitazionali, una branca dell’astronomia in grande espansione.