Un nuovo modo per misurare la rotazione dei buchi neri

A volte, gli astronomi sono fortunati e assistono a un evento a cui possono guardare per scoprire come si evolvono le proprietà di alcuni degli oggetti più massicci dell’universo. È successo nel febbraio 2020, quando un team di astronomi internazionali guidato da Dheeraj (D.J.) Basham al MIT ha scoperto un particolare tipo di evento emozionante che li ha aiutati a tracciare la velocità alla quale un buco nero supermassiccio ruotava per la prima volta.

Il dottor Basham ha trovato AT2020ocn, un lampo luminoso catturato dalla Zwicky Transient Facility presso l’Osservatorio Palomar. Ha pensato che potesse indicare un evento di disturbo delle maree (TDE). In questi eventi estremi, il buco nero fa a pezzi la stella. Una parte dei resti della stella fuoriesce dal buco nero, ma l’altra parte cade nel disco di accrescimento. Il modo in cui cade potrebbe essere la chiave per capire come gira il buco nero.

Il modo in cui questo disco si è accumulato è attribuito a una teoria cosmologica chiamata precessione di Lens-Thuring, che spiega come lo spazio-tempo sia distorto da forti campi gravitazionali, come quelli che si trovano attorno ai buchi neri. La teoria di Lens-Thuring prevede che il disco di accrescimento che si forma dopo il TDE “oscillerà” subito dopo l’evento prima di stabilizzarsi in uno schema più regolare di materia in orbita attorno a un buco nero. La chiave sarà quella di rilevare un evento TDE molto presto dopo che si è verificato e quindi osservare la risultante “oscillazione” per un periodo di tempo quanto più lungo possibile.

Quindi, catturare AT2020ocn è stato solo il primo passo, e poi gli autori hanno dovuto monitorarlo, preferibilmente per diversi mesi. Per fare ciò, hanno arruolato il Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), un telescopio a raggi X collegato alla Stazione Spaziale Internazionale. NICER ha monitorato la galassia contenente AT2020ocn per 200 giorni immediatamente dopo il lampo luminoso catturato da Zwicky.

Hanno iniziato a notare uno schema. Ogni 15 giorni, la quantità di raggi X emessi attorno al buco nero raggiungeva un picco netto, indicando la possibile “oscillazione” che stavano cercando. Inserendo questa frequenza nelle equazioni della teoria di Lens-Thuring, insieme alle stime della massa della stella e della massa del buco nero, hanno determinato che il buco nero ruotava al 25% della velocità della luce, che in realtà è relativamente lenta per un pianeta. buco nero. .

La velocità di rotazione di un buco nero può aumentare o diminuire a seconda dell’ambiente locale. Poiché assorbe più materiale, solitamente sotto forma di materiale dal disco di accrescimento in cui cade, la sua velocità di rotazione aumenta. D’altra parte, se si scontrasse con un altro buco nero, la velocità di rotazione complessiva potrebbe diminuire, poiché gli spin dei due buchi neri potrebbero essere opposti. Questo sembra essere quello che è successo con il buco nero che ha causato il TDE AT2020ocn, data la sua velocità relativamente lenta rispetto ad altri buchi neri.

I risultati di questo lavoro sono stati recentemente pubblicati in un articolo sulla rivista Nature. Potenzialmente getterà anche le basi per il calcolo della rotazione di altri buchi neri supermassicci nella galassia. Il dottor Basham ritiene che gli astronomi possano calcolare la rotazione di centinaia di buchi neri, aprendo nuove prospettive sulla loro formazione e sul loro ciclo di vita.

Ma per riuscirci servirà ancora molta fortuna. I TDE sono eventi relativamente rari e, anche quando si verificano, ci sono chiari limiti di risorse in termini di tempo del telescopio. L’Osservatorio Vera Rubin potrebbe essere utile perché osserverà gran parte del cielo, ma non è previsto che diventi operativo prima della metà del prossimo anno. Fino ad allora, coloro che sono interessati a seguire la rotazione del buco nero potrebbero dover fare affidamento sul caso per trovare un evento raro e avere abbastanza tempo al telescopio per osservarlo.

Saperne di più:
con – Utilizzando la materia stellare oscillante, gli astronomi misurano per la prima volta la rotazione di un buco nero supermassiccio
Basham et al. – Iniziativa di Lens-Thuring dopo che un buco nero supermassiccio distrugge una stella
UT – I buchi neri rilasciano fasci di particelle, cambiando target nel tempo
UT – Il buco nero nella Via Lattea ruota alla massima velocità possibile

Immagine principale:
Una rappresentazione artistica di come il disco di accrescimento attorno a un buco nero oscilla in frequenza mentre gira e di come questa oscillazione può essere rilevata da un sensore vicino alla Terra.
Crediti: Michal Zajacek e Deraj Basham