I buchi neri non restano senza carburante. Nemmeno quando lo stanno attivamente facendo esplodere.
È un paradosso che tormenta gli astrofisici da anni. Quasi ogni grande galassia ospita un buco nero supermassiccio nel proprio nucleo. Questi mostri pesano da milioni a miliardi di soli. Crescono mangiando la materia. Ma quel processo alimentare genera immensi getti di energia.
Questi getti riscaldano il gas circostante. Il gas caldo non collassa. Non forma stelle. Resta diffuso. Quindi, la produzione stessa del buco nero disperde le sue riserve di cibo. Se il carburante viene disperso, il motore dovrebbe spegnersi.
Non è così. Perché?
Una nuova ricerca dell’Università di Montreal e di un team internazionale suggerisce che la risposta è più semplice di quanto pensassimo. È un ciclo. Un ciclo. Un sistema di riciclaggio cosmico.
Vedere l’invisibile in NGC 4696
Il team ha esaminato NGC 4696. Si trova nell’ammasso del Centauro, a circa 145 milioni di anni luce di distanza. Questa galassia non è nuova per noi. Osservazioni precedenti avevano già accennato ad una spirale di gas a forma di S che avvolge il suo buco nero centrale. Ma i dettagli erano confusi.
Per dare un’occhiata più da vicino, i ricercatori hanno puntato al centro lo speleografo del vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio spaziale James Webb (JWST). Trascorsero circa otto ore fissando il buio.
I risultati sono stati sufficientemente nitidi da risolvere strutture larghe appena 30 anni luce. Pensa a quella scala. Se una galassia fosse ridotta alle dimensioni di un campo da calcio (circa 300.000 anni luce compressi in 100 metri), JWST potrebbe individuare una singola biglia posta su di essa da 50 chilometri di distanza.
Ciò che videro era un disco rotante. Non un disco qualsiasi. Uno largo 800 anni luce. Il gas qui viene disperso dalla gravità del buco nero. Si muove a diverse centinaia di chilometri al secondo. La differenza di velocità tra un bordo e l’altro? Circa 600 chilometri al secondo.
Ma il disco non è isolato.
I filamenti vi scorrono.
L’autostrada dei filamenti
Questi fili di gas sono l’anello mancante.
Quando i getti riscaldano la galassia, il gas viene espulso. Si espande nello spazio interstellare. Lì fa fresco. Raffreddandosi, si condensa. Forma filamenti sottili, simili a fili.
In NGC 4696, questi filamenti fungono da camion per le consegne. Trasportano il gas raffreddato fino al bordo del disco rotante. Il gas si accumula lì. Poi viene attirato dentro. Diventa di nuovo carburante per il buco nero.
Per la prima volta vediamo l’intero percorso. Riscaldamento. Raffreddamento. Formazione di filamenti. Accrescimento. È un circuito chiuso.
“Ciò che JWST sta rivelando è che i buchi neri potrebbero davvero essere i massimi riciclatori cosmici”.
Julie Hlavacek-Larrondo ha condotto lo studio. I dati del suo team mostrano che il buco nero non sta solo distruggendo il suo ambiente. Lo sta rimodellando in qualcosa che può alimentare se stesso. Il buco nero libera energia, riscalda il gas, ma lo stesso gas successivamente si raffredda formando filamenti che ricadono verso l’interno. Il ciclo sostiene la crescita.
Corde magnetiche e asce oscillanti
Le osservazioni sono una cosa. La fisica è un’altra. Il team ha eseguito simulazioni al computer per vedere come funziona effettivamente.
Hanno scoperto che i campi magnetici svolgono un ruolo enorme. Quando il gas filamentoso cade verso l’interno, le linee magnetiche tese si comportano come corde. Esercitano una coppia. Tolgono momento angolare al gas. Senza lo slancio che lo fa girare all’impazzata, il gas può effettivamente cadere nel disco invece di disperdersi.
Questo spiega perché il disco si forma.
Le simulazioni hanno anche mostrato che il disco non rimane fermo. Traballa.
Perché? Perché i filamenti vengono da ogni parte. Fluiscono da molte direzioni diverse. Questo input caotico fa spostare l’asse del disco. Seguono i getti di energia del buco nero. Anche loro si spostano.
Invece di sparare in una direzione e lasciare un punto freddo, i getti riscaldano la regione centrale in modo più uniforme. Il riscaldamento uniforme impedisce che grossi pezzi di gas si raffreddino troppo rapidamente e cadano all’interno in modo incontrollabile. Stabilizza il sistema. Mantiene attivo il ciclo di feedback.
Non tutte le buche sono uguali
Questo specifico meccanismo di riciclaggio dipende dall’equilibrio. I getti sono potenti, ma non troppo potenti.
In altri ammassi di galassie i buchi neri sono più aggressivi. I loro getti sono così energici che non si forma alcun disco. Il gas rimane in uno stato caotico, senza mai depositarsi nei filamenti o nella struttura rotante vista qui in NGC 4696. Il livello di attività determina il comportamento. Se il buco è troppo forte, rompe completamente il sistema di riciclaggio.
Questo studio è solo l’inizio. È il primo di tre documenti. L’analisi attuale si è concentrata sul gas caldo a 10.000 Kelvin. Gli studi sulle diverse temperature sono ancora in lavorazione.
La scoperta ha già innescato ulteriori osservazioni JWST. I telescopi di tutto il mondo si stanno allineando per ottenere visualizzazioni coordinate. I ricercatori vogliono sapere: le altre galassie hanno lo stesso motore autosufficiente?
Finalmente abbiamo gli strumenti per controllare. E i buchi neri potrebbero nascondere segreti che non abbiamo nemmeno cominciato a indovinare.
