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Mapping the inner flow around accreting black holes

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Una ricerca rivela indizi sull’aura cosmica intorno a un buco nero binario

Per la prima volta, alcuni scienziati finanziati dall’UE sono riusciti a tracciare con maggiore precisione i dintorni luminosi dei buchi neri. I dati portano alla luce nuove informazioni sul disco di accrescimento che fornisce la materia nel sistema binario dei buchi neri e sui getti relativistici che provengono dal suo centro.

Ricerca di base
Spazio

I buchi neri sono uno dei più grandi misteri dell’universo, ma non sono impossibili da rilevare e si presentano in varie forme: dai buchi neri in sistemi binari, che sono essenzialmente relitti morti di stelle massicce circa 10 volte più grandi del Sole, a quelli supermassicci, che si trovano al centro di galassie da un milione a un miliardo di volte più grandi della nostra stella. Il gas che orbita intorno a un sistema di buchi neri è un serbatoio che si espande lentamente nel tempo e lo alimenta. Questa attrazione gravitazionale porta alla formazione di un disco di accrescimento. «Nonostante siano innescati dallo stesso meccanismo di accrescimento, i sistemi binari di buchi neri dimostrano una fenomenologia complessa che è in gran parte determinata dalla manifestazione di diversi stati di accrescimento. Questi stati potrebbero variare notevolmente per luminosità e caratteristiche spettrali e potrebbero forse essere collegati al lancio di flussi di materia ionizzata, ossia getti e venti relativistici», spiega Barbara De Marco, coordinatrice di BHmapping, un progetto finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, che prosegue: «L’origine di questa diversità di stato di accrescimento è sconosciuta, ma si pensa che le differenze di distribuzione geometrica nell’accrescimento del gas svolgano un ruolo importante».

Illuminazione sulla geometria del flusso dei gas

I ricercatori hanno lavorato sulle tecniche per mappare e vincolare la geometria del gas caldo e incandescente che si muove a spirale verso l’interno del buco nero per comprendere la modalità di variazione della forma a seconda dello stato di accrescimento. Hanno inoltre studiato se e come la distribuzione della materia alla deriva verso l’interno si intrecci con i getti di particelle che sgorgano dai buchi neri, subendo un’accelerazione prossima alla velocità della luce. «I ricercatori hanno speculato a lungo sul comportamento dei dischi di accrescimento e i risultati del progetto hanno consentito loro di comprenderlo a un livello molto più approfondito. Erano inoltre incuriositi dal meccanismo che determinati buchi neri innescano per alimentare la formazione e il lancio di getti relativistici», osserva De Marco. Il gruppo di ricerca ha utilizzato tecniche innovative che hanno contribuito all’estrapolazione di informazioni sia spettrali che temporali sui flussi di emissione dei raggi X. «Le lunghezze d’onda delle radiazioni e la distribuzione dell’ampiezza delle onde nel tempo dipendono dalla distanza da un buco nero. Il nostro approccio ci permette di eseguire una tomografia in modo attendibile, sezionando regioni a distanze diverse con ampiezze di flusso variabili nel tempo», spiega De Marco.

Collegare i flussi di accrescimento e i getti relativistici

Il gruppo di ricerca ha trovato prove di cambiamenti significativi e continui nella geometria dei flussi di accrescimento più interni in funzione dello stato di accrescimento della sorgente. Avvalendosi della mappatura del riverbero, hanno ottenuto tempi di risposta piuttosto lunghi negli stati di accrescimento caratterizzati da basse luminosità. Al contrario, i ritardi misurati erano più brevi quando cambiava lo stato della sorgente di accrescimento (sorgenti più luminose). L’analisi ha anche dimostrato che le regioni più vicine al buco nero contenevano un plasma disomogeneo ed estremamente caldo, che è la fonte dei fotoni a raggi X più energetici emessi dal buco nero binario. I ricercatori hanno individuato il momento in cui il disco di accrescimento raggiunge l’orbita più piccola possibile intorno al buco nero binario e hanno concluso che ciò avviene contemporaneamente al lancio di un getto relativistico. Utilizzando tecniche spettro-temporali avanzate e dati a raggi X di alta qualità, BHmapping ha attestato la presenza di un legame evidente fra la geometria del flusso di accrescimento e il meccanismo responsabile del lancio di un getto relativistico. I ricercatori prevedono che questo loro approccio di analisi sarà impiegato in modo più sistematico per studiare i flussi di accrescimento di sistemi binari di buchi neri di diverse dimensioni.

Parole chiave

BHmapping, buco nero, getto relativistico, stato di accrescimento, disco di accrescimento, geometria, flusso di accrescimento, raggi X

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