Dieci anni di buchi neri supermassivi

Materia oscura, energia oscura, buchi neri. Ancora poco si sa di alcuni dei più affascinanti oggetti che si trovano nell’Universo, tanto che il richiamo al buio è vivo anche nei nomi che son stati dati loro. Eppure, negli ultimi dieci anni qualcosa è stato compreso, soprattutto per quanto riguarda i buchi neri supermassivi, presenti al centro di ognuna delle galassie che conosciamo: Science prova a fare il punto proprio di quest’ultimo decennio di scoperte sull’argomento, cosa sono e come si formano i buchi neri, quando e come possiamo vederli, quale è la loro origine e il rapporto che hanno con la galassia in cui si trovano.

Esistono buchi neri e buchi neri
Prima di tutto – spiega Marta Volonteri, ricercatrice all’Istituto di Astrofisica di Parigi alla quale è stato assegnato il difficile compito di riassumere tutto quello che si sa sull’argomento – bisogna fare una distinzione: un conto sono i buchi neri di massa pari a qualche volta quella del Sole, che si trovano sparsi in maniera disordinata nelle galassie, un conto sono i buchi neri supermassivi, che hanno masse che possono arrivare a miliardi di volte quella della nostra stella. Ogni galassia sembrerebbe possederne all’interno del nucleo uno solo, e la storia e il destino dei due oggetti sembrerebbe essere profondamente intrecciato.

Come nascono gli oggetti che mangiano tutto
La teoria più diffusa vuole che i buchi neri supermassivi siano null’altro che i residui della prima generazione di stelle, grandi e luminose ma dalla vita breve, formate a partire dal gas e dalla materia oscura presente nell’universo primordiale. Come?

I ricercatori hanno tre ipotesi: o nelle galassie primordiali a partire da un disco omogeneo di materia si formava molto velocemente una sola enorme stella, con massa pari a quella di miliardi di Soli, ed era la ‘morte’ di questa a formare da subito il buco nero; oppure ancora si formava una stella che collassava in un buco nero di dimensioni minori, ma capace di accrescere se stesso risucchiando la materia intorno nel disco galattico; oppure infine di stelle se ne formavano tante, e tutte talmente vicine da generare instabilità gravitazionali tali che si creasse un unico corpo celeste supermassivo, capace di esplodere in una supernova e dunque originare il buco nero, dal quale non può uscire materia, né radiazione luminosa.

Ma se un buco risucchia tutto, anche la luce, come lo vediamo?
In realtà, non è del tutto vero che i buchi neri non sono mai visibili, anzi sembrano essere proprio a generare uno degli oggetti celesti più luminosi: i quasar. Secondo la teoria a oggi più accreditata, questi oggetti che si osservano solo nell’Universo primordiale sono emissioni causate da gas e polveri che cadono proprio in un buco nero supermassivo. In particolare i quasar avrebbero avuto luogo proprio quando due delle galassie si scontravano nel tumulto gravitazionale dell’universo primordiale: quando i due oggetti celesti si amalgamano insieme, lo fanno anche i due buchi neri supermassivi al loro interno, e quando la materia viene risucchiata in uno di essi o in entrambi si generano i quasar.

Chi influenza chi
Se ogni galassia ha il suo buco nero supermassivo, e il destino di entrambi dipende dalla materia (oscura o meno) che è al loro interno, non è difficile immaginare che la storia di questi due oggetti celesti sia profondamente intrecciata. Quel che è certo è che il tasso di formazione delle stelle nel nucleo galattico è collegato alla velocità con cui la materia viene risucchiata nell’oggetto al suo interno. Ma è la galassia a determinare in che modo si formano i buchi neri e che dimensione hanno? O viceversa sono questi a stabilire come essa crescerà nel tempo? Oppure, ancora i due corpi si influenzano a vicenda man mano che maturano?

Per sapere la risposta serviranno ancora diversi anni di ricerca. “Solo recentemente abbiamo cominciato a chiederci non solo cosa succede a una galassia che al suo interno ha un buco nero supermassivo, ma anche cosa succede al buco nero a seconda della galassia in cui si trova. O meglio ancora, come questi due oggetti interagiscano”, scrive Volonteri a conclusione dell’articolo su Science. “In questo senso dovremo fare nei prossimi anni uno sforzo teorico, per riconnettere quello che sappiamo con le diverse simulazioni numeriche al computer e con i diversi approcci che abbiamo, da quello su scala cosmologica a quello che riguarda la singola galassia”.

Riferimento: Science doi: 10.1126/science.1220843

Credit immagine a X-ray: NASA/CXC/Wisconsin/D.Pooley & CfA/A.Zezas; Optical: NASA/ESA/CfA/A.Zezas; UV: NASA/JPL-Caltech/CfA/J.Huchra et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/CfA