Black hole jet and nova frequency
Il potente ambiente elettromagnetico vicino a un buco nero riesce ad accelerare le particelle a una frazione significativa della velocità della luce, inviando le particelle in movimento lungo getti che si estendono dai poli dell’oggetto. Nel caso dei buchi neri supermassivi al centro delle galassie, questi getti sono realmente colossali, in grado di espellere materiale non solo fuori dalla galassia, ma anche dal quartiere galattico circostante.
Tuttavia, questa settimana, gli scienziati hanno descritto come i getti possano provocare fenomeni insoliti all’interno di una galassia. Uno studio sulla galassia M87 ha mostrato che le esplosioni di nova sembrano verificarsi con una frequenza anomala nelle vicinanze di uno dei getti provenienti dal buco nero centrale della galassia. Non esiste però alcun meccanismo noto per spiegare perché ciò accada, e non ci sono segni che questo fenomeno si verifichi nel getto che si muove nella direzione opposta.
M87 è una delle galassie più grandi nella nostra porzione locale dell’Universo, e il buco nero centrale presenta getti attivi. Durante un periodo regolare di osservazioni, il Telescopio Spaziale Hubble aveva scoperto che le esplosioni stellari note come novas apparivano raggruppate attorno al getto.
Questo fatto non ha molto senso. Le novas si verificano in sistemi stellari con una grande stella ricca di idrogeno e una nana bianca in orbita attorno ad essa. Nel tempo, la nana bianca attinge idrogeno dalla superficie della sua compagna, fino a raggiungere una massa critica sulla sua superficie. A quel punto, un’esplosione termonucleare espelle il materiale residuo dalla nana bianca, e il ciclo si ripete. Poiché il tasso di trasferimento di materiale tende ad essere piuttosto stabile, le novas in un sistema stellare si verificano spesso a intervalli regolari. Ma non è affatto chiaro perché il getto di un buco nero dovrebbe alterare quella regolarità.
Metodologia dello studio
Per approfondire il fenomeno osservato, il team di ricerca ha acquisito ulteriore tempo di osservazione con il Telescopio Spaziale Hubble, permettendo un’indagine dettagliata sulle novas nella galassia M87. Durante un ampio arco di tempo, Hubble ha monitorato l’area centrale della galassia ogni cinque giorni, catturando le novas prima che scomparissero. Complessivamente, l’indagine ha identificato 94 novas che si sono verificate nelle vicinanze del centro galattico.
A queste, si aggiungono 41 novas già identificate in studi precedenti, portando a un totale di 135 novas analizzate. Per contestualizzare i dati, i ricercatori hanno suddiviso l’area intorno al buco nero centrale in dieci segmenti uguali e hanno contato il numero di novas in ciascuno di essi. In particolare, si è osservato come nella sezione contenente il getto, il numero medio di novas fosse significativamente più alto.
In dettaglio, nelle nove segmenti che non includevano il getto diretto verso la Terra, il numero medio di novas era di 12, mentre nel segmento che includeva il getto, il conteggio saliva a 25. Inoltre, il conteggio massimo in un segmento non jet non superava mai le 16 unidades, confermando così un chiaro incremento della frequenza di novas nelle vicinanze del getto.
Per stimare la probabilità che una tale distribuzione fosse casuale, i ricercatori hanno calcolato che le possibilità erano di circa uno su 1.310, ossia meno dello 0,1%. Questa analisi è stata ulteriormente raffinata introducendo un simulatore che ha distribuito casualmente 8 milioni di novas attorno al centro galattico, per valutare come le novas potessero presentarsi in base alla luminosità della galassia. Sono stati utilizzati vari angoli per ridurre il rumore e migliorare la credibilità dei risultati.
I risultati hanno mostrato che mentre la possibilità di osservare un numero maggiore di novas nelle aree collegate al getto era bassa per angoli molto ristretti o molto ampi, la massima arricchimento della frequenza si registrava in segmenti con un’apertura di 25 gradi, con un incremento significativo di circa 2.6 volte in prossimità del getto.
Analisi dei risultati
Durante l’analisi dei dati raccolti, i ricercatori hanno riscontrato un’interessante disparità nella distribuzione delle novas attorno al buco nero al centro di M87. Delle 135 novas raccolte, l’analisi ha evidenziato che il numero di esplosioni vicino al getto del buco nero era notevolmente superiore rispetto alle altre aree della galassia. Questo fenomeno solleva interrogativi sulla vera natura della relazione tra il getto e l’aumento della frequenza delle esplosioni di nova.
Le divisioni in segmenti hanno rivelato che l’area contenente il getto ha visto una media di 25 novas, quasi il doppio rispetto agli altri segmenti. L’analisi ha anche dimostrato che ciò non era il risultato di un fenomeno casuale, con probabilità calcolate di un evento casuale approssimativamente di uno su 1.310. Inoltre, il conteggio massimo di 16 novas in un segmento non jet immediatamente vicino evidenzia la peculiarità del cambiamento nel contesto delle esplosioni di nova. Questo significativo scollamento è ulteriormente supportato da simulazioni, dove le distribuzioni casuali di 8 milioni di novas hanno rinforzato l’idea che il getto esercitasse un’influenza concreta.
Un altro aspetto interessante emerso dall’analisi riguarda l’assenza di caratteristiche distintive tra le novas vicino al jet e quelle più lontane. Non sono state riscontrate differenze significative nel picco di luminosità, nella distribuzione delle lunghezze d’onda o nel timing degli eventi di luminosità. Questo indica che, sebbene la frequenza delle novas aumenti vicino al getto, i meccanismi fisici alla base dell’esplosione rimangono invariati, rendendo difficile stabilire una connessione diretta tra il getto e i processi che avvengono nelle systeme delle novas.
I risultati suggeriscono che, sebbene ci sia un chiaro aumento nella frequenza delle esplosioni di nova in prossimità del getto del buco nero centrale, resta aperta la questione di come e perché questo avvenga. La strada per comprendere completamente questa interazione richiederà ulteriori ricerche e osservazioni per confermare l’esistenza di questo fenomeno e potenzialmente scoprire nuove leggi fisiche che governano questi eventi astrali nella galassia M87.
Meccanismi potenziali e limitazioni
Nonostante l’evidente correlazione tra la frequenza delle esplosioni di nova e la presenza del getto del buco nero, non è stata identificata alcuna meccanismo fisico che possa spiegare il fenomeno osservato. Il gruppo di ricerca ha esaminato diverse ipotesi per cercare di capire se potesse esserci un’influenza diretta del getto sulle dinamiche delle novas. Ad esempio, un aumento del flusso di materiale verso la nana bianca potrebbe essere un fattore che contribuisce all’intensificazione di queste esplosioni. Tuttavia, i getti emessi dai buchi neri sono sostanzialmente troppo diffusi per causare un significativo riscaldamento o accelerazione dei materiali a distanze superiori a frazioni di anno luce.
In aggiunta, la possibilità che il materiale espulso dal getto possa influenzare direttamente i sistemi stellari vicini non è supportata dalle osservazioni. Anche se i getti possono apparire estremamente potenti, la loro struttura e densità sono tale che non sono in grado di trasferire materiale in modo efficace sui bianchi nani della regione circostante. Le osservazioni indicano che sebbene vi sia un aumento nella frequenza delle esplosioni di nova nella zona del getto, i processi fisici che stanno alla base delle novas, come il trasferimento di massa dalla stella compagna alla nana bianca, rimangono invariati.
Le limitazioni nella nostra comprensione derivano anche dal fatto che si è esaminato solo un getto specifico all’interno di M87. Non ci sono evidenze che suggeriscano che il fenomeno sia presente anche nel getto opposto o in altri ambienti galattici con caratteristiche simili. Ciò porta a domande riguardo alla natura peculiare di questo specifico globo galattico e alla necessità di monitorare altri buchi neri e le loro eventuali correlazioni con le esplosioni di nova.
Per proseguire nella ricerca, sarà fondamentale condurre ulteriori osservazioni che possano confermare la validità di questa associazione e chiarire diversi aspetti critici, tra cui la verifica della causalità e l’analisi di altre galassie che ospitano getti. Solo così si potranno formulare ipotesi più solide e ipotizzare risposte a queste sorprendenti domande dell’astrofisica moderna.
Prossimi passi nella ricerca
Per confermare la validità dell’aumento osservato delle esplosioni di nova nelle vicinanze del getto del buco nero centrale di M87, sarà cruciale intraprendere nuove osservazioni che possano approfondire ulteriormente questo fenomeno. I ricercatori intendono continuare a monitorare il comportamento delle novas e il loro rapporto con l’attività del getto, al fine di determinare se la correlazione sia effettivamente reale e non frutto del caso.
Un percorso importante consisterà nell’analizzare altre galassie con getti simili per verificare se si presentino modelli analoghi. Osservazioni su larga scala delle galassie vicine potrebbero rivelare se l’influenza dei getti sui fenomeni di nova sia un fenomeno comune o un caso isolato di M87, offrendo indizi essenziali per comprendere meglio la dinamica degli ambienti galattici e l’interazione tra buchi neri e il materiale stellare circostante.
Inoltre, è previsto l’uso di telescopi avanzati, come il Telescopio Spaziale James Webb, per raccogliere dati più dettagliati e precisi sulle onde elettromagnetiche emesse dalle novas identificate. Questo potrebbe aiutare a chiarire ulteriormente le caratteristiche fisiche delle novas vicino al getto e a identificare eventuali variabili che potrebbero aver influenzato il loro comportamento.
La ricerca futura si concentrerà anche sull’esplorazione di meccanismi alternativi che potrebbero avere un impatto sulla frequenza delle esplosioni di nova. Gli scienziati potranno esaminare l’impatto di variabili astronomiche come la densità stellare locale e le interazioni gravitazionali tra gli oggetti nella galassia, incrementando la comprensione della complessità dei fenomeni astrofisici.
I prossimi passi della ricerca saranno determinanti per fornire un quadro più chiaro di come i getti dei buchi neri possano influenzare le dinamiche delle novas, e potrebbero portare a scoperte significative nel campo dell’astrofisica e della cosmologia.
