Caccia ai buchi neri XL,
sono i mostri del cosmo

I BUCHI NERI continuano a stupire gli astronomi. Questi straordinari mostri astronomici potrebbero infatti essere ancora più spaventosi di quanto creduto finora. Sfruttando nuove osservazioni condotte da telescopi spaziali e al suolo, un team di astronomi coordinati da Julie Hlavacek-Larrondo dell'Università di Stanford ha infatti scoperto un gruppo di buchi neri con masse di decine di miliardi di volte quella del Sole. Questi nuovi buchi neri, detti "ultramassivi", sono corpi celesti da record, almeno dieci volte più massicci dei più grandi buchi neri scoperti fino ad oggi nel nucleo delle galassie. La scoperta, presentata sulle Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e nel corso del Simposio delle Einstein Fellowship , potrebbe costringere gli scienziati a ripensare le teorie di formazione dei buchi neri e il loro ruolo nell'evoluzione delle galassie.

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Trappole per la luce. Senza dubbio buchi neri sono fra i corpi celesti più estremi e affascinanti dell'Universo. Questi corpi celesti sono infatti estremamente popolari non solo nel campo della scienza ma anche nell'immaginario collettivo, grazie alla loro costante presenza nella fantascienza. Nonostante il loro nome, suggerito nel 1967 dal fisico John Wheeler, i buchi neri non sono però dei veri e propri "buchi" nello spazio. Si tratta piuttosto di corpi celesti la cui densità è così alta da mettere a dura prova le leggi della Fisica. Infatti, secondo la teoria della Relatività Generale pubblicata da Einstein nel 1916, un corpo dotato di massa può deformare il tessuto dello spazio tempo circostante, curvando lo spazio e alterando lo scorrere del tempo. Questi effetti gravitazionali, che sono appena percettibili nel caso di corpi celesti come la Terra o il Sole, sono portati all'estremo nel caso di un buco nero. Tutto ciò che transita nei pressi di un buco nero, viene infatti attratto senza possibilità di salvezza. Nemmeno la luce riesce a sfuggire al campo gravitazionale di queste trappole cosmiche, che di conseguenza appaiono nere.

Per definizione, è quindi impossibile vedere direttamente un buco nero. Gli astronomi possono però dedurne la presenza osservando come esso influenza l'ambiente circostante, ad esempio misurando le traiettorie delle stelle e nubi di gas che transitano nei pressi di un buco nero. Se questi oggetti passano poi troppo vicini a un buco nero, vengono catturati e ridotti in brandelli. Questi detriti stellari, destinati a cadere sul buco nero, iniziano a spiraleggiare e formano un disco di materia, detto disco di accrescimento, che per attrito interno si scalda fino a decine di milioni di gradi ed emette raggi X. Le osservazioni condotte con i telescopi a raggi X sono quindi un altro potente mezzo per scovare la presenza di un buco nero. Sfruttando questi metodi di osservazione indiretti, gli astronomi hanno scoperto che i buchi neri sono abbastanza frequenti nell'Universo, e li hanno suddivisi in alcune classi in base alla loro massa.

Buchi neri di tutte le taglie. Fra i buchi neri più piccoli vi sono quelli di massa stellare. Questi buchi neri di "taglia small" sono il prodotto dell'evoluzione di stelle di grande massa, che esplodendo come supernovae lasciano al loro centro un nucleo che collassa producendo un buco nero. Esistono poi buchi neri di "taglia M", le cui masse si aggirano intorno ad alcune migliaia di masse solari. Questi buchi neri intermedi sarebbero responsabili di alcune sorgenti ultraluminose di raggi X (ULX) scoperte in alcune lontane galassie. Salendo in massa vi sono poi i buchi neri "large", che gli astronomi chiamano "supermassivi". Questi enormi buchi neri, scoperti all'interno di molte galassie, hanno masse che vanno da alcune centinaia di milioni di masse solari fino ad alcuni miliardi di masse solari. Anche la Via Lattea, la galassia in cui viviamo, ospita un buco nero supermassivo di alcune centinaia di milioni di masse solari. Ma Hlavacek-Larrondo e colleghi hanno ora scoperto che potrebbero esserci buchi neri ancora più grandi e pesanti, dei veri e propri corpi celesti di taglia XL.

Stime astronomiche. Gli astronomi hanno infatti osservato 18 ammassi di galassie per scovare i buchi neri più pesanti annidati al centro delle galassie. Per stimare la massa dei buchi neri, gli scienziati si sono serviti del "piano fondamentale di attività dei buchi neri", una relazione che lega la massa di un buco nero all'emissione di raggi X e onde radio prodotta dall'attività del buco nero.  Il team ha quindi osservato questi ammassi di galassie con il telescopio spaziale per raggi X "Chandra" della NASA, mentre per le osservazioni radio ha sfruttato il Jansky Very Large Array (JVLA) e l'Australia Telescope Compact Array (ATCA). Per almeno dieci galassie i ricercatori hanno scoperto che i buchi neri nel loro nucleo sono "ultramassivi", con masse cioè comprese fra 10 e i 40 miliardi di masse solari. I valori ottenuti per questi buchi neri sono circa dieci volte quelli ottenuti utilizzando altre leggi, ad esempio quelle che mettono in relazione la massa del buco nero all'emissione infrarossa della galassia ospite. "Questi risultati potrebbero significare che non capiamo come questi grandissimi buchi neri coesistano con le loro galassie ospiti" ha commentato Andrew Fabian dell'Università di Cambridge, coautore dello studio, "sembra che il comportamento di questi grandi buchi neri debba differire in modo importante da quello dei loro cugini meno massivi". Questi buchi neri ultramassivi infatti dovrebbero infatti inghiottire enormi quantità di materia, che in parte sarebbe riemessa sotto forma di immensi getti di materia ed emissione di raggi X e altre forme di luce. Queste violente missioni scalderebbero così l'ambiente circostante impendendo alle nubi di gas di condensarsi e formare nuove stelle. Le relazioni standard basate sull'emissione infrarossa delle galassie potrebbero quindi non valere.

Esistono davvero? Esiste però un metodo più diretto per stimare la massa di un buco nero e chiarire in maniera definitiva l'esistenza dei buchi neri ultramassivi. Analizzando in dettaglio le orbite delle stelle e delle nubi di gas che orbitano nei pressi del buco nero, e possibile fornire una stima diretta della sua massa. Questo tipo di approccio, che è stato adottato per stimare la massa del buco nero supermassivo al centro della Via Lattea, è stato anche utilizzato per misurare la massa del buco nero di M87, una grande galassia ellittica nell'ammasso di galassie della Vergine, uno dei più vicini a noi. Anche in quel caso la massa del buco nero derivata in questo modo era superiore a quella fornita con le relazioni standard. Di conseguenza, se gli astronomi riusciranno a sfruttare lo stesso metodo per misurare la massa di questi oggetti, sarà possibile capire se questi buchi neri ultramassivi esistono davvero. Si tratta di misure molto difficili perché questi oggetti sono estremamente distanti è non è facile determinare l'orbita delle singole stelle. Ma quanto può diventare grande un buco nero? Hlavacek-Larrondo è fiduciosa: "Scommetterei che esiste almeno un buco nero da cento miliardi di masse solari fra i nostri oggetti". Grazie a nuove osservazioni e ai telescopi di nuova generazione potremo sapere se la giovane ricercatrice ha ragione. E se i mostruosi buchi neri possono essere ancora più mostruosi.