Crediti: NoirlLab / Nsf / Aura / J. daSilva / M. Zamani
Si corteggiano da tempo immemorabile, sempre più vicini, senza allontanarsi mai. Ma di convolare a nozze non se ne parla. Cosa li trattiene, si chiedono gli scienziati? Diamo un po’ di numeri, prima che qualcuno pensi di aver riconosciuto qualche coppia di sua conoscenza. Perché è sì di una coppia che stiamo parlando, ma del tutto sui generis. Una coppia record, almeno quanto a stazza: se i due membri salissero insieme sul piatto d’una bilancia, per riequilibrare dovremmo mettere sull’altro 28 miliardi di “soli” – il nostro Sole preso 28 miliardi di volte. E anche la durata della loro storia è inconcepibile per noi umani, dipanandosi lungo un intervallo di tempo di oltre tre miliardi di anni. Tre miliardi di anni trascorsi a flirtare gravitazionalmente, danzando l’uno attorno all’altro, fino a trovarsi ad “appena” 24 anni luce di distanza – altra cifra record per una coppia di questo genere.
Stiamo parlando di un sistema binario di buchi neri supermassicci, situato all’interno della galassia ellittica B2 0402+379, a circa 750 milioni di anni luce da noi. L’unica coppia di buchi neri supermassicci che, almeno fino a oggi, si sia riusciti a osservare con una risoluzione sufficiente a permettere di distinguere i due oggetti – dunque a vederli separatamente. E infatti la distanza che li separa – come dicevamo, 24 anni luce – è la più piccola mai misurata per un sistema binario di buchi neri supermassicci. A compiere l’osservazione è stato il membro di un’altra “coppia” a suo modo straordinaria anch’essa: il Gemini North, uno dei due telescopi da otto metri dell’Osservatorio Gemini – quello situato nell’emisfero nord, alle Hawaii.
Ma cosa li trattiene dal fondersi, dicevamo? Ci riusciranno mai?
Partiamo da quest’ultima domanda, nient’affatto scontata. L’unione fra coppie di buchi neri è un evento di cui abbiamo numerose testimonianze dirette grazie agli interferometri per onde gravitazionali, è vero, ma sempre relativamente a buchi neri di massa stellare. Mai abbiamo assistito a una fusione fra buchi neri supermassicci – quelli nel cuore delle galassie, per intenderci. Tanto che gli astronomi parlano di problema dell’ultimo parsec: un fenomeno che ci riporta alla prima domanda – cosa li trattiene dal fondersi.
Facciamo un passo indietro. I buchi neri supermassicci non s’incontrano mai da soli, ma sempre portandosi appresso la propria galassia. Insomma, il loro non è un tête-à-tête solitario, bensì un’ammucchiata di miliardi di stelle – galaxy merging, lo chiamano gli astronomi. E sono proprio questi miliardi di terzi incomodi a consentire ai due buchi neri d’avvicinarsi sempre più, tramite il cosiddetto attrito di Chandrasekhar: la cessione progressiva di quantità di moto tramite trasferimento di energia cinetica alla materia che si trova nelle vicinanze. Detto altrimenti: quando, nel corso della fusione fra galassie, il buco nero passa vicino a una stella, la fionda gravitazionale accelera la stella e decelera il buco nero. Durante questo processo viene però espulsa materia dal percorso orbitale, con il risultato che, man mano che le orbite dei due buchi neri si fanno più vicine, e il volume di spazio che i buchi neri attraversano si riduce, la materia rimasta a frenarli è così poca da rendere teoricamente improbabile una fusione in tempi compatibili con l’età dell’universo. E più la massa dei due buchi neri è elevata, più si crea il vuoto attorno, aggravando il problema. Insomma, potrebbe essere proprio la loro massa eccessiva a precludere il lieto fine.
«Normalmente sembra che le galassie con coppie di buchi neri più leggeri abbiano stelle e massa a sufficienza per farli incontrare rapidamente», spiega Roger Romani della Stanford University, coautore di uno studio sulla cinematica di questo sistema binario pubblicato a gennaio su The Astrophysical Journal. «Poiché questa coppia è così massiccia, ha richiesto molte stelle e gas per portare a termine il lavoro. Ma la binaria ha finito per spazzare via questa materia dal centro della galassia, rimanendo così in una situazione di stallo – e accessibile per il nostro studio».
Quest’unione non s’ha dunque da fare? È ancora da stabilire se la coppia supererà la stagnazione e finirà per fondersi – su tempi scala di milioni di anni – o se resterà per sempre nel limbo orbitale in cui si trova. Se i due buchi neri dovessero collassare l’uno nell’altro, però, è certo che produrrebbero onde gravitazionali cento milioni di volte più potenti di quelle generate dalle fusioni tra buchi neri di massa stellare. È poi sempre possibile che a sbloccare la situazione sia l’ingresso di un terzo attore: la fusione con un’altra galassia, in grado di portare al sistema materia aggiuntiva, magari un terzo buco nero, così da consentire alla coppia di rallentare ulteriormente il proprio moto orbitale e – finalmente – unirsi. Ma pare non ci siano galassie in vista, là attorno a B2 0402+379, dunque l’evento è considerato dagli astronomi assai improbabile.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11”, di Tirth Surti, Roger W. Romani, Julia Scharwächter, Alison Peck e Greg B. Taylor