Anziché avere dimensioni casuali, pare che i buchi neri seguano una regola ben precisa in relazione alle proprietà fisiche della galassia in cui risiedono. È quanto emerge da uno studio condotto da alcuni ricercatori della Swinburne University of Technology che dimostra come sia possibile prevedere la massa dei buchi neri, un risultato importante che non sembrava fosse possibile in passato.
Illustrazione di un buco nero al centro di una galassia. Crediti: Gabriel Pérez Díaz.
Nelle galassie più grandi, la dimensione dei buchi neri è correlata con la massa del cosiddetto bulge, cioè la distribuzione sferoidale delle stelle del centro galattico. Ora, secondo alcuni astronomi, la dimensione dei buchi neri che risiedono nei nuclei delle galassie con bulge più piccoli non è correlata allo stesso bulge. Anche nel caso del buco nero della Via Lattea, Sagittarius A*, è stato ipotizzato che la sua massa, che è di circa 4 milioni di masse solari, fosse arbitrariamente piccola rispetto all’andamento definito dalle sue controparti più massive, e perciò più facili da rivelare.
Tuttavia, in un lavoro precedente il professor Alister Graham della Swinburne University of Technology e autore principale dello studio, ha trovato una relazione che riguarda i buchi neri che risiedono nelle galassie con un bulge più piccolo. Lo scienziato ha dimostrato che il buco nero della nostra galassia non si è originato per caso ma ha seguito una sorta di “regola astronomica”. «La formula è quadratica, nel senso che la massa del buco nero quadruplica ogni volta che raddoppia la massa del bulge», spiega Graham. «Perciò, se la massa del bulge aumenta di 10 volte allora la massa del buco nero aumenterà di 100 volte».
Dopo aver studiato più di 100 galassie i cui buchi neri sono da 4 a 40 volte meno massivi di Sagittarius A*, gli astronomi hanno trovato che anch’essi seguono la stessa regola. «Sembra esistere ancora più ordine nell’Universo di quanto abbiamo potuto apprezzare finora», continua Graham. «E’ un risultato emozionante non solo perché ci fornisce ulteriori indizi sui processi dinamici che riguardano la formazione dei buchi neri, ma anche perché ci permette di fare delle previsioni».
Il collasso gravitazionale di stelle massive può determinare la formazione di buchi neri con masse dell’ordine di alcune decine di volte la massa del Sole. È noto che i buchi neri che hanno una massa che va tipicamente da un milionesimo a dieci miliardi di volte la massa solare risiedono nei nuclei galattici. Ma c’è, però, una popolazione di oggetti di massa intermedia. Gli astronomi non sono certi se la difficoltà di rivelarli sia semplicemente legata alla sensibilità dei telescopi o se, invece, i buchi neri più massivi inizino ad aggregarsi durante le fasi primordiali dell’Universo in una sorta di “sito cosmico”, partendo da almeno 100 mila masse solari.
Questi risultati, che estendono la regola ai casi di masse inferiori (di circa 40 volte), forniscono agli astronomi una certa confidenza sul fatto che tale regola può essere ulteriormente estesa, implicando così che i sistemi galattici dove si trovano i bulge più piccoli possano ospitare quei casi mancanti rappresentati proprio dai buchi neri di massa intermedia.
«Se confermato, tutto questo implicherebbe il fatto che i buchi neri abbiano un ‘grande appetito’», aggiunge Nicholas Scott, co-autore dello studio. «Non ci sarebbe bisogno di avere una crescita drammatica per questi buchi neri di piccola taglia rispetto al bulge in cui risiedono, dato che questi ultimi crescono attraverso la formazione di nuove stelle nelle nubi di gas mentre i buchi neri divorano sia il gas che le stelle».
I ricercatori hanno già identificato qualche dozzina di galassie candidate dove essi ritengono che potrebbero celarsi gli oggetti di massa intermedia. Le osservazioni future, grazie all’ausilio di strumenti sofisticati quali SKA (Square Kilometre Array) e i telescopi spaziali in banda X di nuova generazione, potrebbero risolvere questo mistero legato ai buchi neri.
The Astrophysical Journal: A. W. Graham e N. Scott – THE (BLACK HOLE)-BULGE MASS SCALING RELATION AT LOW MASSES
arXiv: The (black hole)-bulge mass scaling relation at low masses