Sin dalla scoperta del Sagittario A * al centro della nostra galassia, gli astronomi hanno capito che la maggior parte delle galassie di massa ha un buco nero supermassiccio (SMBH) nel loro nucleo. Questi sono evidenziati dalle potenti emissioni elettromagnetiche prodotte nei nuclei di queste galassie - che sono conosciute come "Active Galatic Nuclei" (AGN) - che si ritiene siano causate da gas e polvere che si accumulano sull'SMBH.
Per decenni, gli astronomi hanno studiato la luce proveniente dagli AGN per determinare quanto grandi e massicci siano i loro buchi neri. Questo è stato difficile, dal momento che questa luce è soggetta all'effetto Doppler, che provoca l'ampliamento delle sue linee spettrali. Ma grazie a un nuovo modello sviluppato da ricercatori cinesi e statunitensi, gli astronomi potrebbero essere in grado di studiare queste regioni a linea larga (BLR) e fare stime più accurate sulla massa dei buchi neri.
Lo studio, "Ha distrutto in modo ordinato grumi polverosi come l'origine di ampie linee di emissione nei nuclei galattici attivi", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Natura. Lo studio è stato condotto da Jian-Min Wang, ricercatore dell'Istituto di fisica delle alte energie (IHEP) presso l'Accademia cinese delle scienze, con l'assistenza dell'Università del Wyoming e dell'Università di Nanchino.
Per scomporlo, gli SMBH sono noti per avere un toro di gas e polvere che li circonda. La gravità del buco nero accelera il gas in questo toro a velocità di migliaia di chilometri al secondo, causandone il riscaldamento e l'emissione di radiazioni a diverse lunghezze d'onda. Questa energia alla fine ha superato l'intera galassia circostante, che è ciò che consente agli astronomi di determinare la presenza di un SMBH.
Come ha spiegato Michael Brotherton, professore di UW nel Dipartimento di Fisica e Astronomia e coautore dello studio, in un comunicato stampa UW:
"La gente pensa:" È un buco nero. Perché è così luminoso? 'Un buco nero è ancora buio. I dischi raggiungono temperature così elevate da emettere radiazioni attraverso lo spettro elettromagnetico, che comprende raggi gamma, raggi X, raggi UV, infrarossi e onde radio. Il buco nero e il circostante gas in accumulo su cui si sta alimentando il buco nero è il carburante che accende il quasar. ”
Il problema con l'osservazione di queste regioni luminose deriva dal fatto che i gas al loro interno si muovono così rapidamente in diverse direzioni. Mentre il gas che si allontana (rispetto a noi) viene spostato verso l'estremità rossa dello spettro, il gas che si muove verso di noi viene spostato verso l'estremità blu. Questo è ciò che conduce a una regione a linea larga, in cui lo spettro della luce emessa diventa più simile a una spirale, rendendo difficile ottenere letture accurate.
Attualmente, la misurazione della massa di SMBH nei nuclei galattici attivi si basa sulla "tecnica di mappatura del riverbero". In breve, ciò implica l'uso di modelli computerizzati per esaminare le linee spettrali simmetriche di un BLR e misurare i ritardi temporali tra di essi. Si ritiene che queste linee derivino dal gas fotoionizzato dalla forza gravitazionale dell'SMBH.
Tuttavia, poiché la comprensione delle linee di emissione ampie e dei diversi componenti dei BLR è scarsa, questo metodo genera alcune incertezze tra il 200 e il 300%. "Stiamo cercando di ottenere domande più dettagliate sulle regioni spettrali a larga linea che ci aiutano a diagnosticare la massa del buco nero", ha detto Brotherton. "Le persone non sanno da dove provengano queste ampie regioni di linee di emissione o la natura di questo gas".
Al contrario, il team guidato dal Dr. Wang ha adottato un nuovo tipo di modello di computer che ha considerato la dinamica del toro a gas che circonda un SMBH. Questo toro, presumono, sarebbe costituito da ammassi discreti di materia che verrebbero distrutti in modo ordinato dal buco nero, con conseguente flusso di gas in esso (ovvero accumulato su di esso) e alcuni espulsi come deflusso.
Da ciò, hanno scoperto che le linee di emissione in un BLR sono soggette a tre caratteristiche: "asimmetria", "forma" e "spostamento". Dopo aver esaminato varie linee di emissione - sia simmetriche che asimmetriche - hanno scoperto che queste tre caratteristiche erano fortemente dipendenti dalla luminosità dei grumi di gas, che interpretavano come il risultato dell'angolo del loro movimento all'interno del toro. O come diceva il Dr. Brotherton:
“Ciò che proponiamo accade è che questi grumi polverosi si stanno muovendo. Alcuni si scontrano, si fondono e cambiano velocità. Forse si spostano nel quasar, dove vive il buco nero. Alcuni dei grumi arrivano dalla regione della linea larga. Alcuni vengono espulsi. "
Alla fine, il loro nuovo modello suggerisce che ciuffi di materia interrotti in modo ordinato da un toro buco nero potrebbero rappresentare la fonte del gas BLR. Rispetto ai modelli precedenti, quello ideato dal Dr. Wang e dai suoi colleghi stabilisce una connessione tra diversi processi chiave e componenti nelle vicinanze di un SMBH. Questi includono l'alimentazione del buco nero, la fonte di gas fotoionizzato e il toro polveroso stesso.
Sebbene questa ricerca non risolva tutti i misteri che circondano gli AGN, è un passo importante verso l'ottenimento di stime di massa accurate degli SMBH basati sulle loro linee spettrali. Da questi, gli astronomi potrebbero essere in grado di determinare con maggiore precisione quale ruolo hanno avuto questi buchi neri nell'evoluzione delle grandi galassie.
Lo studio è stato reso possibile grazie al supporto fornito dal National Key Program for Science and Technology Research and Development e dal Key Research Program of Frontier Sciences, entrambi gestiti dall'Accademia cinese delle scienze.
