Usando un nuovo modello di computer, gli astronomi hanno determinato che il buco nero al centro della galassia M87 è almeno due volte più grande di quanto si pensasse in precedenza. Con un peso di 6,4 miliardi di volte la massa del Sole, è il buco nero più massiccio mai misurato, e questo nuovo modello suggerisce che le masse di buco nero accettate in altre grandi galassie vicine potrebbero essere staccate da quantità simili. Ciò ha conseguenze per le teorie su come le galassie si formano e crescono e potrebbe persino risolvere un paradosso astronomico di vecchia data.
Gli astronomi Karl Gebhardt dell'Università del Texas ad Austin e Jens Thomas del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics hanno illustrato dettagliatamente le loro scoperte lunedì alla conferenza della American Astronomical Society a Pasadena, California.
Per cercare di capire come si formano e crescono le galassie, gli astronomi iniziano oggi con le informazioni di base sulle galassie, come ad esempio di cosa sono fatte, quanto sono grandi e quanto pesano. Gli astronomi misurano quest'ultima categoria, la massa della galassia, controllando la velocità delle stelle in orbita all'interno della galassia.
Gli studi sulla massa totale sono importanti, ha detto Thomas, ma “il punto cruciale è determinare se la massa è nel buco nero, nelle stelle o nell'alone oscuro. Devi eseguire un modello sofisticato per essere in grado di scoprire quale è quale. Più componenti hai, più complicato è il modello. "
Per modellare M87, Gebhardt e Thomas hanno utilizzato uno dei supercomputer più potenti al mondo, il sistema Lonestar presso l'Università del Texas presso il Texas Advanced Computing Center di Austin. Lonestar è un cluster Dell Linux con 5.840 core di elaborazione e può eseguire 62 trilioni di operazioni in virgola mobile al secondo. (Il laptop top di gamma di oggi ha due core e può eseguire fino a 10 miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo.)
Il modello di M87 di Gebhardt e Jens era più complicato dei precedenti modelli della galassia, perché oltre a modellare le sue stelle e il suo buco nero, tiene conto dell '"alone scuro" della galassia, una regione sferica che circonda una galassia che si estende oltre la sua principale struttura visibile, contenente la misteriosa "materia oscura" della galassia.
"In passato, abbiamo sempre considerato l'alone oscuro significativo, ma non avevamo anche le risorse informatiche per esplorarlo", ha affermato Gebhardt. "Prima eravamo in grado di usare solo stelle e buchi neri. Lanciati nell'aureola oscura, diventa troppo costoso dal punto di vista computazionale, devi andare dai supercomputer. "
Il risultato di Lonestar fu una massa per il buco nero di M87 più volte di quello che i modelli precedenti avevano trovato. "Non ci aspettavamo affatto", ha detto Gebhardt. Lui e Jens volevano semplicemente testare il loro modello sulla "galassia più importante là fuori", ha detto.
Estremamente massiccio e convenientemente vicino (in termini astronomici), M87 è stata una delle prime galassie a suggerire di ospitare un buco nero centrale circa tre decenni fa. Ha anche un getto di luce attiva che spara il nucleo della galassia mentre la materia si avvicina al buco nero, consentendo agli astronomi di studiare il processo attraverso il quale i buchi neri attirano la materia. Tutti questi fattori fanno dell'M87 "l'ancora per gli studi supermassicci del buco nero", ha detto Gebhardt.
Questi nuovi risultati per M87, insieme ai suggerimenti di altri studi recenti e alle sue recenti osservazioni del telescopio (pubblicazioni in preparazione), lo portano a sospettare che tutte le masse di buco nero per le galassie più massicce siano sottovalutate.
Questa conclusione "è importante per il modo in cui i buchi neri si collegano alle galassie", ha detto Thomas. "Se cambi la massa del buco nero, cambi il modo in cui il buco nero si collega alla galassia." Esiste una stretta relazione tra la galassia e il suo buco nero che ha permesso ai ricercatori di sondare la fisica di come le galassie crescono nel tempo cosmico. L'aumento delle masse del buco nero nelle galassie più massicce farà rivalutare questa relazione.
Le masse più elevate per i buchi neri nelle galassie vicine potrebbero anche risolvere un paradosso riguardante le masse di quasar - buchi neri attivi ai centri di galassie estremamente distanti, visti in un'epoca cosmica molto precedente. I quasar brillano intensamente mentre il materiale si muove a spirale, emanando abbondanti radiazioni prima di attraversare l'orizzonte degli eventi (la regione oltre la quale nulla può sfuggire, nemmeno la luce).
"C'è un problema di vecchia data in quanto le masse di buco nero di Quasar erano molto grandi - 10 miliardi di masse solari", ha detto Gebhardt. “Ma nelle galassie locali, non abbiamo mai visto buchi neri così enormi, non quasi. Il sospetto era prima che le masse quasar fossero sbagliate ", ha detto. Ma "se aumentiamo la massa di M87 due o tre volte, il problema quasi scompare."
Le conclusioni di oggi sono basate su modelli, ma Gebhardt ha anche fatto nuove osservazioni telescopiche sull'M87 e su altre galassie usando nuovi potenti strumenti sul Gemini North Telescope e sul Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale. Ha detto che questi dati, che saranno presto presentati per la pubblicazione, supportano le attuali conclusioni basate sul modello sulla massa del buco nero.
Per future osservazioni al telescopio di aloni oscuri galattici, Gebhardt osserva che uno strumento relativamente nuovo presso l'Università del Texas al McDonald Observatory di Austin è perfetto. "Se hai bisogno di studiare l'alone per ottenere la massa del buco nero, non c'è strumento migliore di VIRUS-P", ha detto. Lo strumento è uno spettrografo. Separa la luce dagli oggetti astronomici nelle lunghezze d'onda dei suoi componenti, creando una firma che può essere letta per scoprire la distanza, la velocità, il movimento, la temperatura di un oggetto e altro ancora.
VIRUS-P è ottimo per gli studi sull'aureola perché può prendere gli spettri su un'area molto ampia del cielo, permettendo agli astronomi di raggiungere livelli di luce molto bassi a grandi distanze dal centro della galassia dove domina l'alone oscuro. È un prototipo, costruito per testare la tecnologia che va nel più ampio spettrografo VIRUS per l'imminente esperimento di energia oscura del telescopio Hobby-Eberly (HETDEX).
Fonti: AAS, Osservatorio McDonald
