Buchi Neri negli Ammassi Globulari


    I più esotici oggetti dell'universo sono sicuramente i buchi neri.

    Oramai da anni abbiamo la prova dell'esistenza di questa classe di oggetti che possiedono le più disparate dimensioni e sono disseminati un po' ovunque.

    Le teorie più accreditate definiscono sostanzialmente due classi di buchi neri di origine stellare.

    1. Buchi neri di taglia stellare: come risultato dello stadio finale dell'evoluzione di stelle con massa maggiore a 20-25 masse solari, che esplodono come supernovae di tipo II e lasciano come residuo un oggetto compatto di taglia stellare.
    2. Buchi neri supermassivi: sono quei buchi neri situati nel centro di gravità delle galassie attive e non; questi oggetti posseggono masse dell'ordine dei milioni (o miliardi) di masse solari. Si pensa infatti che la differenza sostanziale tra galassie attive (AGN) e non sia proprio in stretta relazione alla capacità di fagocitare polvere e gas circostante, che questi oggetti hanno. Se una galassia è quiescente allora il buco nero sta fagocitando poca materia; se invece la galassia risulta attiva, il responsabile di tale attività risulta essere il motore centrale, che risucchia tutto ciò che ha la sfortuna di giungere nel suo campo di interazione.

    La teoria della relatività generale di Einstein non pone alcun vincolo sulla massa di un buco nero, tanto è vero che si teorizza anche l'esistenza di mini buchi neri (di taglia sub atomica) alcuni di origine primordiale nati ed evaporati subito dopo il Big Bang; altri ancora presenti, sebbene in un altra dimensione spaziale (vedere l'articolo sulla teoria BraneWorld), come previsto da alcune nuove teorie della metrica universale.

    Quello che la teoria dei buchi neri stellari ha sempre omesso e mai desunto è la presenza di buchi neri di massa intermedia, cioè dell'ordine del migliaio di masse solari.

    Il vuoto della teoria è stato colmato dal lavoro di Tom Maccarone dell'università di Southampton, che ha trovato il primo candidato buco nero di taglia intermedia all'interno di un ammasso globulare(1) presente all'interno della galassia ellittica NGC4472 distante circa 60 milioni di anni luce dalla nostra galassia, catalogata anche da Messier con la sigla M49, si veda immagine - 1.

    [inline: 1= Immagine - 1 - galassia ellittica M49 (NGC4472)] Immagine - 1 - Galassia ellittica M49 (NGC4472).

    Le teorie al riguardo hanno sempre negato l'esistenza di un buco nero stabile al centro di un ammasso globulare poiché dalle simulazioni numeriche è risultato che esso risentirebbe di instabilità gravitazionale e sarebbe presto fiondato fuori dall'ammasso a causa dell'azione mareale causata dalla forte concentrazione di stelle nelle zone centrali di tali ammassi.

    Maccarone e collaboratori hanno infatti utilizzato le capacità del telescopio spaziale XMM Newton dell'ESA per scandagliare le zone periferiche di ammassi globulari interni ed esterni alla nostra galassia ed hanno trovato un candidato buco nero subito al secondo tentativo.

    Per scovare questa classe di oggetti infatti, come prassi consolidata, viene utilizzata l'emissione in banda X emessa dal gas circostante al buco nero che, ruotando vorticosamente prima di cadere nell'orizzonte degli eventi, viene surriscaldato ed emette in banda X per radiazione di sincrotrone.

    Successivamente, utilizzando il telescopio spaziale AXAF Chandra della NASA, che possiede un maggior potere risolutivo di XMM, è possibile determinare con esattezza la posizione della sorgente X, che nel caso specifico è risultata essere proprio all'interno di un ammasso globulare in NGC 4472.

    Analizzando il flusso in banda X di questa sorgente, è stato possibile classificarla come ULX (Ultra Luminous X-ray object), quindi un oggetto, che, per sopportare una siffatta violenta emissione X, deve necessariamente avere massa di alcune migliaia di masse solari; data l'alta emissione X infatti, se la sorgente avesse una massa inferiore, essa supererebbe il suo limite di Eddington divenendo dinamicamente instabile.

    Forse il fatto che il candidato buco nero sia stato trovato subito può far pensare, che la presenza di buchi neri di taglia intermedia all'interno degli ammassi globulari sia la prassi usuale e che quindi le teorie stellari di formazione degli ammassi globulari vadano riviste alla luce di queste scoperte.(2)

    Il fatto che questo buco nero abbia una massa così grande fa si che riesca dinamicamente a resistere all'interno dell'ammasso globulare senza venire fiondato via come succederebbe per i buchi neri di massa inferiore.

    A questo punto l'interrogativo è come abbia fatto a formarsi un tale oggetto senza essere fiondato via prima di raggiungere una tale massa critica; ai teorici l'ardua sentenza.

    Attendiamo fiduciosi la fine delle ricerche del team di Maccarone per far luce su questo quesito.

    Note

    (1) un ammasso globulare è un sistema stellare interno alla nostra galassia e presente in altre galassie, che possiede una forma abbastanza sferica e più o meno concentrata.

    Si originano da una bolla di gas auto-gravitante che per continua frammentazione ed auto-collasso crea innumerevoli stelle tutte di età paragonabile e solitamente dell'ordine dell'età della galassia ospite.

    Si tratta quindi di stelle in media vecchie, rosse e povere di metalli.

    Il numero di stelle, che si formano dipende dalla massa iniziale della bolla, che origina l'ammasso e si attesta in media sulle centinaia di migliaia di stelle.

    La cosa interessante è che essendosi generate tutte nello stesso momento e dalla stessa nube progenitrice, le stelle di un ammasso globulare si attestano fedelmente sul diagramma Hertzsprung-Russel (diagramma HR) con le differenze di evoluzione soggette solo alla differenza di massa tra stella e stella: le più massicce evolvono prima e quelle meno massicce impiegano meno tempo.

    La metallicità, cioè la quantità di gas diverso da idrogeno ed elio, è un altro discriminante fondamentale tra un ammasso globulare ed un altro, vedere immagine - 2.

    [inline: 2= Immagine - 2 - Immagine - 2 - diagramma HR con ammasso globulare tipico] Immagine - 2 - Diagramma HR con un ammasso globulare tipico.

    Un altra categoria di ammassi stellari sono detti ammassi aperti e di norma non sono auto-gravitanti; quindi rappresentano una concentrazione di stelle non necessariamente originate tutte dalla stessa bolla di gas e quindi di età e metallicità anche differente.

    (2) La possibile presenza di oggetti collassati di massa intermedia entro gli ammassi globulari era stata già considerata da Giovanni Silvestro (Università di Torino).

    Nell'articolo: Massive black holes as gravitational lenses (Astron. & Astrophys. 36, 41, 1974) l'autore fece notare che, in questa situazione, il moto orbitale delle stelle intorno al buco nero centrale dovrebbe dare luogo ad un effetto di lente gravitazionale (oggi ben noto e osservato in vari sistemi extragalattici) che causerebbe una sequenza di impulsi luminosi; tali impulsi luminosi dovrebbero essere osservabili quando la massa collassata rappresenta almeno qualche millesimo della massa del sistema.

    Di fronte a queste incertezze teoriche l’osservazione riportata, se confermata, fornisce la prova che per l’ammasso nella galassia NGC 4472 la previsione teoriche sono corrette; in questo momento sono in corso analisi su un numero elevato di sorgenti, che potranno dirci quanto il fenomeno è comune.

    Sitografia

    Tom Maccarone Home page

    http://www.astro.soton.ac.uk/people/tjm.html

    AXAF-Chandra Home page

    http://chandra.harvard.edu

    XMM-Newton Home page

    http://xmm.vilspa.esa.es

    Giovanni Silvestro - Dipartimento di FIsica Università di Torino

    www.to.infn.it/~silvestr/

    Gruppo Locale Home Page

    http://www.gruppolocale.it

    Institute of Astronomy X-Ray Group - Cambridge www-xray.ast.cam.ac.uk/xray_introduction/ULX.html



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