Un anello per ghermirli e nel buio incatenarli

Immagine di Am 0644-771 ottenuta combinando i dati ottici del telescopio spaziale Hubble e i dati X di Chandra, che rivela un anello di oggetti compatti. I dati di Chandra mostrano fonti di raggi X molto luminose, che sono probabilmente sistemi binari alimentati da un buco nero di massa stellare o stella di neutroni che stanno aspirando materiale dalle stelle compagne. Questo anello può aiutare gli scienziati a capire meglio cosa succede quando le galassie si scontrano l’una con l’altra in caso di impatto catastrofico. Credit: X-ray: Nasa/Cxc/Inaf/A. Wolter et al; Optical: Nasa/Stsci

Grazie a Chandra, l’osservatorio a raggi X della Nasa, gli astronomi hanno scoperto un anello di buchi neri o stelle di neutroni in una galassia a 300 milioni di anni luce dalla Terra. Questo anello, pur non esercitando alcun potere sulla Terra di Mezzo, può essere d’aiuto per capire meglio cosa succede quando le galassie si scontrano in quello che può essere definito un impatto catastrofico.

Nell’immagine composita della galassia Am 0644-741 (Am 0644 in breve) che vedete qui a fianco, i raggi X di Chandra (in viola) sono stati combinati con i dati ottici del telescopio spaziale Hubble della Nasa (rosso, verde e blu). I dati di Chandra rivelano la presenza di sorgenti di raggi X molto luminose, molto probabilmente sistemi binari alimentati da un buco nero di massa stellare o una stella di neutroni, disposte in un bellissimo anello.

Da dove viene l’anello di buchi neri o stelle di neutroni in AM 0644?

Gli astronomi pensano che sia stato creato quando una galassia è stata trascinata da un’altra galassia dalla forza di gravità. «Una galassia ad anello», spiega a Media Inaf la prima autrice dello studio, Anna Wolter, ricercatrice all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Brera, «si forma in seguito allo scontro tra due galassie: la più piccola prende letteralmente il bersaglio del centro della più grande e se ne va quasi indisturbata. Nella più grande, così colpita, si espande un’onda d’urto circolare, un po’ come un sasso lanciato in uno stagno. La grande potenza sprigionata dall’incontro produce una nuova generazione di stelle: è lì che andiamo a studiare le sorgenti X più potenti (a parte i buchi neri supermassicci nel centro delle galassie) che si conoscano nell’universo».

Nel caso specifico, la prima galassia (probabilmente quella situata nella parte inferiore sinistra dell’immagine) ha generato increspature nel gas della seconda galassia, Am 0644, visibile in basso a destra. Queste increspature hanno prodotto un anello di gas in espansione in AM 0644, che ha provocato la nascita di nuove stelle. Le stelle più massicce hanno avuto vite brevi, in termini cosmici, di milioni di anni. Il loro combustibile nucleare si è consumato e le stelle sono esplose come supernove lasciando dietro di sé buchi neri con masse generalmente tra le cinque e venti volte la massa del Sole, oppure stelle di neutroni con una massa approssimativamente uguale a quella del Sole. Alcuni di questi buchi neri o stelle di neutroni hanno stelle compagne vicine e da queste aspirano gas che, cadendo verso il buco nero o la stella di neutroni, forma un disco rotante (come accade all’acqua che circonda uno scarico) che si riscalda per attrito. Questo gas surriscaldato produce grandi quantità di raggi X che Chandra può rilevare.

Sorgenti di raggi X ultraluminose

Tutte le sorgenti di raggi X rilevate nell’anello di Am 0644 sono abbastanza luminose da essere classificate come Ulx, sorgenti di raggi X ultraluminose: una classe di oggetti che produce da centinaia a migliaia di volte più raggi X rispetto alla maggior parte dei “normali” sistemi binari in cui una stella compagna è in orbita intorno a una stella di neutroni o a un buco nero. Fino a poco tempo fa la maggior parte degli astronomi pensava che gli Ulx contenessero buchi neri di massa stellare, con la possibile presenza, in alcuni casi, di buchi neri di massa intermedia (Imbh), la cui massa può essere superiore a cento volte la massa del Sole. Tuttavia, si sono dovuti ricredere quando è risultato che alcuni Ulx in altre galassie, tra cui M82 e M51, contengonostelle di neutroni.

«Siamo convinti che siano per la maggior parte sistemi binari formati da un oggetto compatto e da una stella compagna. Non sappiamo ancora, però», aggiunge Wolter, «di che tipo sia l’oggetto compagno: mentre inizialmente si pensava che fossero buchi neri molto massicci, recentemente alcune Ulx hanno dimostrato di contenere una stella di neutroni. Ora stiamo studiando per capire come si fa a distinguere, in una Ulx, una stella di neutroni da un buco nero».

Oltre alla presenza di Imbh, sono state suggerite diverse spiegazioni per giustificare l’intensa emissione di raggi X degli Ulx. Alcune includono una crescita insolitamente rapida del buco nero o della stella di neutroni, oppure effetti geometrici derivanti dall’incanalamento del materiale in caduta lungo le linee di forza del campo magnetico.

Non tutte le sorgenti di raggi X nell’immagine si trovano nell’anello di Am 0644. Una delle sorgenti è un buco nero in rapida crescita che si trova ben oltre la galassia in oggetto, a una distanza di 9.1 miliardi di anni luce dalla Terra. Un’altra sorgente interessante rilevata da Chandra è un buco nero supermassiccio che sta crescendo al centro della galassia.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato le osservazioni di Chandra per studiare altre sei galassie ad anello, oltre a Am 0644. Sono state rilevate un totale di 63 sorgenti nelle sette galassie e 50 di esse sono Ulx. Gli autori hanno riscontrato un numero di Ulx per galassia mediamente superiore in queste galassie ad anello rispetto ad altri tipi di galassie. Le galassie ad anello stanno stimolando l’interesse degli astronomi perché sembrano essere dei campi di prova ideali per esaminare modelli che cercano di spiegare i processi di formazione di sistemi stellari doppi e per capire l’origine dei famosi Ulx.

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Fonte: Un anello per ghermirli e nel buio incatenarli