Un nuovo metodo per misurare la massa dei buchi neri cosmici

I buchi neri supermassivi hanno masse che possono superare il milione di masse solari. Nonostante il loro gigantesco campo gravitazionale e gli sforzi fatti per rilevarli, rimangono molto difficili da osservare perché la maggior parte sono troppo lontani per la risoluzione dei nostri telescopi.

Quest'anno sono stati raggiunti due importanti risultati: la prima immagine di un buco nero e il buco nero più massivo mai osservato. Adesso, un nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy, mostra come sia possibile misurare la massa dei buchi neri al centro delle galassie, sfruttando l'interazione con l'ambiente circostante. La ricerca è condotta da un team internazionale con scienziati provenienti da Regno Unito, Italia, Germania, Cile e Stati Uniti; compresa la studiosa italiana Mariangela Bernardi.

Per ottenere una stima accurata della massa di un buco nero, solitamente si misura la velocità di rotazione del gas nel disco di accrescimento. Tuttavia questo metodo richiede telescopi estremamente sensibili e complessi metodi di analisi dati, ed è applicabile solo ad oggetti abbastanza grandi e vicini da poter essere risolti dai nostri strumenti. Se la massa del corpo centrale fosse collegata ad altre caratteristiche della galassia, più facili da misurare, si potrebbe ottenere una stima migliore di moltissimi buchi neri che attualmente non siamo in gradi di misurare.

"Abbiamo notato che c'è una distorsione nel campionamento effettuato per calibrare le masse. Gli oggetti di cui siamo in grado di misurare le masse non sembrano essere tipici. Il nostro lavoro suggerisce che i buchi neri supermassivi non sono, in media, grandi come pensavamo," spiega Bernardi.

Per verificare questa discrepanza in massa, i ricercatori hanno dovuto trovare un nuovo metodo per misurare le masse dei buchi neri. Hanno utilizzato il fatto che, mentre un buco nero è circondato dalla sua galassia ospite, la galassia stessa è circondata da un alone di materia oscura. Quelle circondate da aloni molto grandi hanno la tendenza ad unirsi in ammassi di galassie; la forza del raggruppamento è una misura dell'alone di materia oscura, e di conseguenza del buco nero al centro.

I loro risultati mostrano come i buchi neri supermassivi siano meno grandi di quanto pensassimo, e questo spiega perché alcuni esperimenti hanno fallito nel trovarli. "Le persone iniziano a chiedersi se la gravita non sia strana o forse non abbiamo compreso la fisica dietro i buchi neri. Ma se le masse dei buchi neri sono più piccole di quanto pensassimo, allora le onde gravitazionali, generate dallo scontro tra due buchi neri sono più difficili da osservare," afferma Ravi Sheth, dell'Università della Pennsylvania.

Nei prossimi dieci anni, i nuovi telescopi dovrebbero essere in grado di ottenere misure più accurate delle masse dei buchi neri, e permettere agli scienziati di testare questo nuovo metodo su un set di dati molto più grande. Gli scienziati sperano di caratterizzare meglio i buchi neri molto massivi e scoprire, magari, come fanno a crescere così velocemente.

"Queste scoperte hanno importanti implicazioni sulla nostra comprensione della nascita e crescita dei buchi neri supermassivi," dice il capo della ricerca Francesco Shankar.