Per la prima volta, è stata effettuata un’osservazione senza precedenti di un buco nero secondario all’interno di un sistema binario, con le radiazioni emesse durante il suo impatto nel disco di accrescimento del supermassiccio di cui fa parte, che costituiscono una prova inequivocabile della sua esistenza.
Sappiamo da tempo che nell’universo anche i buchi neri, come le stelle, formano spesso dei sistemi binari in cui due supermassicci ruotano l’uno intorno all’altro al centro di una galassia ospite.
Queste coppie vedono generalmente un buco nero primario più massiccio e un altro secondario molto più piccolo. L’esistenza di questi sistemi binari è stata dimostrata da tempo, tuttavia, solo attraverso prove indirette. Infatti, finora non era mai stata rilevata alcuna osservazione diretta che confermasse l’esistenza di un buco nero secondario al loro interno.
Studiando il sistema OJ 287, una quasar situata a 5 miliardi di anni luce e conosciuta fin dal 1888, un team internazionale di astronomi ha ora rilevato per la prima volta un segnale che conferma la sua esistenza: i forti brillamenti causati dalla sua immersione nel disco di accrescimento del supermassiccio primario, radiazioni tra le più energiche del cosmo causate dal tuffo cosmico come se fossero potenti schizzi.
Pubblicata su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, la ricerca si basa su una campagna osservativa realizzata tra il 2021 e il 2022 con il telescopio per raggi gamma Fermi della Nasa e il telescopio per raggi ultravioletti e raggi X Swift, oltre a osservatori ottici da diversi paesi del mondo, compresa l’Italia. Tra i ricercatori vi è anche Stefano Ciprini dello Space Science Data Center (Ssdc) di Asi.
La galassia attiva OJ 287 è studiata da 40 anni in quanto potenziale ospite di un sistema binario di buchi neri. L’ipotesi dell’esistenza di una coppia di supermassicci si basa su una emissione dalla galassia costituita da due cicli, uno di circa 12 anni e l’altro di circa 55 anni. Un fatto spiegabile dalla presenza di due buchi neri che orbitano l’uno intorno all’altro nel centro galattico. Il loro moto orbitale è potenzialmente rilevabile attraverso i brillamenti generati quando il buco nero secondario, lungo la sua orbita, finisce per tuffarsi nel disco di accrescimento del buco nero primario a una velocità poco inferiore di quella della luce.
Il tuffo cosmico genera infatti bolle di gas caldo in espansione che prima di raffreddarsi emettono lampi di luce che durano circa quindici giorni e sono più luminosi di mille miliardi di stelle.
Sette campagne osservative di successo con protagonista OJ 287, realizzate tra il 1983 e il 2019, hanno rilevato i brillamenti attesi secondo i modelli orbitali per il sistema binario nel centro galattico, confermando indirettamente l’esistenza di un sistema binario.
“Il numero totale di brillamenti previsti è ora di 26, e quasi tutti sono stati osservati. Il buco nero più grande di questa coppia pesa più di 18 miliardi di volte la massa del nostro Sole, mentre il compagno è circa 100 volte più leggero e la loro orbita è oblunga, non circolare”, afferma Achamveedu Gopakumar, coautore dello studio.
Il buco nero secondario, la cui massa è stimata 150 milioni di volte quella del Sole, è costretto a impattare, durante la sua orbita di 12 anni, sul disco di accrescimento del suo compagno per due volte complessive. Ogni tuffo crea un lampo blu: uno di questi eventi era atteso dai ricercatori durante la più recente campagna osservativa, quella realizzata tra il 2021 e il 2022. Il lampo blu è stato rilevato nel febbraio 2022, dimostrando così che il buco nero secondario esiste ed è effettivamente precipitato attraverso il disco di accrescimento del suo compagno più massiccio.
Le osservazioni hanno anche mostrato due segnali inattesi: il primo consiste in nuovi tipi di brillamenti mai rilevati prima, tra cui una grande emissione durata solo un giorno. Un breve ma intenso evento in cui è stata generata una luce 100 volte superiore a quella di un’intera galassia. Secondo i ricercatori la causa sarebbe una massiccia dose di gas inghiottita dal buco nero secondario durante il suo tuffo.
Il secondo segnale inatteso consiste nel più grande brillamento di raggi gamma in OJ287 da sei anni a questa parte. Questa potente emissione è avvenuta proprio quando il buco nero più piccolo ha attraversato il disco di gas del buco nero primario. La produzione di raggi gamma sarebbe dovuta all’interazione del getto relativistico del buco nero secondario con il gas del disco di accrescimento del suo compagno.
