Nuove prove dalle osservazioni dell'Osservatorio ai raggi X Chandra della NASA prevalgono idee su come crescono i buchi neri nei centri delle galassie. Gli astronomi hanno a lungo pensato che un buco nero supermassiccio e il rigonfiamento delle stelle al centro della sua galassia ospite crescano allo stesso ritmo: più grande è il rigonfiamento, più grande è il buco nero. Tuttavia, un nuovo studio sui dati di Chandra ha rivelato due galassie vicine con buchi neri supermassicci che stanno crescendo più velocemente delle galassie stesse.
La massa di un gigantesco buco nero al centro di una galassia è in genere una piccola frazione - circa lo 0,2 per cento - della massa contenuta nel rigonfiamento, o regione di stelle densamente ammassate, che la circonda. Gli obiettivi dell'ultimo studio di Chandra, le galassie NGC 4342 e NGC 4291, hanno buchi neri da 10 a 35 volte più massicci di quanto dovrebbero essere confrontati con i loro rigonfiamenti. Le nuove osservazioni con Chandra mostrano che gli aloni, o enormi involucri di materia oscura in cui risiedono queste galassie, sono anch'essi in sovrappeso.
Questo studio suggerisce che i due buchi neri supermassicci e la loro evoluzione sono legati ai loro aloni di materia oscura e non sono cresciuti in tandem con i rigonfiamenti galattici. In questa vista, i buchi neri e gli aloni della materia oscura non sono sovrappeso, ma la massa totale nelle galassie è troppo bassa.
"Questo ci dà ulteriori prove di un legame tra due dei fenomeni più misteriosi e più oscuri dell'astrofisica - i buchi neri e la materia oscura - in queste galassie", ha affermato Akos Bogdan del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA) a Cambridge, Massachussets ., che ha guidato il nuovo studio.
NGC 4342 e NGC 4291 sono vicini alla Terra in termini cosmici, a distanze di 75 milioni e 85 milioni di anni luce. Gli astronomi avevano saputo da precedenti osservazioni che queste galassie ospitano buchi neri con masse relativamente grandi, ma non sono certi di ciò che è responsabile della disparità. Sulla base delle nuove osservazioni di Chandra, tuttavia, sono in grado di escludere un fenomeno noto come stripping delle maree.
Lo stripping delle maree si verifica quando alcune stelle di una galassia vengono strappate via dalla gravità durante un incontro ravvicinato con un'altra galassia. Se fosse avvenuta una tale eliminazione delle maree, gli aloni sarebbero stati per lo più mancanti. Poiché la materia oscura si estende più lontano dalle galassie, è più vagamente legata a loro rispetto alle stelle e ha maggiori probabilità di essere trascinata via.
Per escludere lo stripping delle maree, gli astronomi hanno usato Chandra per cercare prove di gas caldo che emette raggi X attorno alle due galassie. Poiché la pressione del gas caldo - stimata dalle immagini dei raggi X - bilancia l'attrazione gravitazionale di tutta la materia nella galassia, i nuovi dati di Chandra possono fornire informazioni sugli aloni della materia oscura. Si è scoperto che il gas caldo era ampiamente distribuito attorno a NGC 4342 e NGC 4291, il che implica che ogni galassia ha un alone di materia oscura insolitamente massiccio e che è improbabile che si verifichi uno stripping delle maree.
"Questa è la prova più chiara che abbiamo, nell'universo vicino, per i buchi neri che crescono più velocemente della loro galassia ospite", ha detto il co-autore Bill Forman, anche lui del CfA. "Non è che le galassie siano state compromesse da incontri ravvicinati, ma invece hanno avuto una sorta di sviluppo arrestato".
Come può la massa di un buco nero crescere più velocemente della massa stellare della sua galassia ospite? Gli autori dello studio suggeriscono che una grande concentrazione di gas che gira lentamente nel centro galattico è ciò che il buco nero consuma molto presto nella sua storia. Cresce rapidamente e, man mano che cresce, la quantità di gas che può accumulare o ingoiare aumenta insieme all'energia prodotta dall'accumulo. Dopo che il buco nero ha raggiunto una massa critica, le esplosioni alimentate dal continuo consumo di gas impediscono il raffreddamento e limitano la produzione di nuove stelle.
"È possibile che il buco nero supermassiccio abbia raggiunto una dimensione considerevole prima che ci fossero molte stelle nella galassia", ha detto Bogdan. "Questo è un cambiamento significativo nel nostro modo di pensare a come le galassie e i buchi neri si evolvono insieme."
I risultati sono stati presentati l'11 giugno alla 220a riunione dell'American Astronomical Society ad Anchorage, in Alaska. Lo studio è stato anche accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal.
