Gli astronomi individuano 18 buchi neri che divorano le stelle vicine

Gli astronomi individuano 18 buchi neri che divorano le stelle vicine

Timestamp: 29 gennaio 2024 12:04
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29 gennaio 2024 (Notizie Nanowerk) I buchi neri che distruggono le stelle sono ovunque nel cielo se solo sai come cercarli. Questo è il messaggio di un nuovo studio condotto da scienziati del MIT, apparso su Astrophysical Journal ("Una nuova popolazione di eventi di interruzione delle maree selezionati nel medio infrarosso: implicazioni per i tassi di eventi di interruzione delle maree e le proprietà della galassia ospite"). Gli autori dello studio stanno segnalando la scoperta di 18 nuovi eventi di distruzione mareale (TDE), casi estremi in cui una stella vicina viene trascinata in un buco nero e ridotta in brandelli. Mentre il buco nero festeggia, emette un’enorme esplosione di energia attraverso lo spettro elettromagnetico. Gli astronomi hanno rilevato precedenti eventi di perturbazione delle maree cercando raffiche caratteristiche nelle bande ottiche e dei raggi X. Ad oggi, queste ricerche hanno rivelato circa una dozzina di eventi che hanno distrutto le stelle nell’universo vicino. I nuovi TDE del team del MIT sono più che raddoppiati rispetto al catalogo dei TDE conosciuti nell'universo. eventi di perturbazione delle maree Gli scienziati del MIT hanno identificato 18 nuovi eventi di distruzione mareale (TDE), casi estremi in cui una stella vicina viene trascinata in un buco nero e ridotta in brandelli. Le rilevazioni sono più che raddoppiate rispetto al numero di TDE conosciuti nell’universo vicino. (Per gentile concessione di Megan Masterson, Erin Kara, et al) I ricercatori hanno individuato questi eventi precedentemente “nascosti” osservando una banda non convenzionale: l’infrarosso. Oltre a emettere lampi ottici e di raggi X, i TDE possono generare radiazioni infrarosse, in particolare nelle galassie “polverose”, dove un buco nero centrale è avvolto da detriti galattici. La polvere in queste galassie normalmente assorbe e oscura la luce ottica e i raggi X, e qualsiasi segno di TDE in queste bande. Durante il processo, anche la polvere si riscalda, producendo radiazioni infrarosse rilevabili. Il team ha scoperto che le emissioni infrarosse, quindi, possono fungere da segnale di eventi di perturbazione delle maree. Osservando la banda degli infrarossi, il team del MIT ha individuato molti più TDE, in galassie in cui tali eventi erano precedentemente nascosti. I 18 nuovi eventi si sono verificati in diversi tipi di galassie, sparse nel cielo. "La maggior parte di queste fonti non si vede nelle bande ottiche", dice l'autrice principale Megan Masterson, una studentessa laureata del Kavli Institute for Astrofisica e Ricerca Spaziale del MIT. “Se vuoi comprendere i TDE nel loro insieme e usarli per sondare la demografia dei buchi neri supermassicci, devi guardare nella banda degli infrarossi”. Altri autori del MIT includono Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig e Robert Simcoe, e l'assistente professore di fisica del MIT Erin Kara, insieme a collaboratori di diverse istituzioni tra cui l'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre in Germania.

Picco di calore

Il team ha recentemente rilevato il TDE più vicino finora, effettuando una ricerca attraverso le osservazioni a infrarossi. La scoperta ha aperto una nuova via basata sugli infrarossi attraverso la quale gli astronomi possono cercare buchi neri che si nutrono attivamente. Quel primo rilevamento ha spinto il gruppo a cercare ulteriori TDE. Per il loro nuovo studio, i ricercatori hanno cercato tra le osservazioni d’archivio effettuate da NEOWISE, la versione rinnovata del Wide-field Infrared Survey Explorer della NASA. Questo telescopio satellitare è stato lanciato nel 2009 e, dopo una breve interruzione, ha continuato a scansionare l'intero cielo alla ricerca di "transitori" o brevi raffiche di infrarossi. Il team ha esaminato le osservazioni archiviate della missione utilizzando un algoritmo sviluppato dal coautore Kishalay De. Questo algoritmo individua modelli nelle emissioni infrarosse che sono probabili segni di un’esplosione transitoria di radiazioni infrarosse. Il team ha poi incrociato i transitori contrassegnati con un catalogo di tutte le galassie vicine conosciute entro 200 megaparsec, o 600 milioni di anni luce. Hanno scoperto che i transitori infrarossi potrebbero essere rintracciati in circa 1,000 galassie. Hanno poi ingrandito il segnale del burst infrarosso di ciascuna galassia per determinare se il segnale proveniva da una fonte diversa da un TDE, come un nucleo galattico attivo o una supernova. Dopo aver escluso queste possibilità, il team ha poi analizzato i segnali rimanenti, cercando uno schema infrarosso caratteristico di un TDE, vale a dire un picco netto seguito da un calo graduale, che riflette un processo mediante il quale un buco nero, lacerando un stella, riscalda improvvisamente la polvere circostante fino a circa 1,000 Kelvin prima di raffreddarsi gradualmente. Questa analisi ha rivelato 18 segnali “puliti” di eventi di perturbazione delle maree. I ricercatori hanno esaminato le galassie in cui è stato trovato ogni TDE e hanno visto che si verificavano in una serie di sistemi, comprese le galassie polverose, in tutto il cielo. "Se guardassi il cielo e vedessi un gruppo di galassie, i TDE si verificherebbero in modo rappresentativo in tutte", dice Masteron. "Non è che si verifichino solo in un tipo di galassia, come si pensava basandosi solo su ricerche ottiche e a raggi X." "Ora è possibile scrutare attraverso la polvere e completare il censimento dei TDE vicini", afferma Edo Berger, professore di astronomia all'Università di Harvard, che non è stato coinvolto nello studio. “Un aspetto particolarmente interessante di questo lavoro è il potenziale di studi di follow-up con indagini a infrarossi di grandi dimensioni e sono entusiasta di vedere quali scoperte produrranno”.

Una soluzione polverosa

Le scoperte del team aiutano a risolvere alcune importanti questioni nello studio degli eventi di perturbazione delle maree. Ad esempio, prima di questo lavoro, gli astronomi avevano osservato TDE principalmente in un tipo di galassia: un sistema “post-starburst” che in precedenza era stato una fabbrica di formazione stellare, ma che da allora si è stabilizzato. Questo tipo di galassia è raro e gli astronomi erano perplessi sul motivo per cui i TDE sembravano comparire solo in questi sistemi più rari. Si dà il caso che questi sistemi siano anche relativamente privi di polvere, il che rende le emissioni ottiche o di raggi X di un TDE naturalmente più facili da rilevare. Ora, osservando la banda degli infrarossi, gli astronomi sono in grado di osservare i TDE in molte più galassie. I nuovi risultati del team mostrano che i buchi neri possono divorare le stelle in una vasta gamma di galassie, non solo nei sistemi post-starburst. I risultati risolvono anche un problema di “energia mancante”. I fisici hanno teoricamente previsto che i TDE dovrebbero irradiare più energia di quella effettivamente osservata. Ma ora il team del MIT afferma che la polvere potrebbe spiegare la discrepanza. Hanno scoperto che se un TDE si verifica in una galassia polverosa, la polvere stessa potrebbe assorbire non solo le emissioni ottiche e di raggi X ma anche la radiazione ultravioletta estrema, in una quantità equivalente alla presunta “energia mancante”. Le 18 nuove rilevazioni stanno inoltre aiutando gli astronomi a stimare la velocità con cui si verificano i TDE in una data galassia. Quando calcolano i nuovi TDE con le rilevazioni precedenti, stimano che una galassia subisca un evento di perturbazione mareale una volta ogni 50,000 anni. Questo tasso si avvicina alle previsioni teoriche dei fisici. Con ulteriori osservazioni nell'infrarosso, il team spera di risolvere il tasso di TDE e le proprietà dei buchi neri che li alimentano. "Le persone trovavano soluzioni molto esotiche a questi enigmi, e ora siamo arrivati ​​al punto in cui possiamo risolverli tutti", dice Kara. “Questo ci dà la certezza che non abbiamo bisogno di tutta questa fisica esotica per spiegare ciò che stiamo vedendo. E abbiamo una migliore comprensione dei meccanismi che stanno dietro al modo in cui una stella viene fatta a pezzi e inghiottita da un buco nero. Stiamo comprendendo meglio questi sistemi”.

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