Un buco nero a dieta in un nucleo galattico superluminoso
Stranezze di un buco nero di massa intermedia in una galassia di Seyfert
La bella galassia a spirale al centro di questa immagine, acquisita da Hubble con lo strumento ACS (Advanced Camera for Surveys), si chiama RX J1140.1+0307 o, più brevemente, RX J1140.
La galassia si trova nella costellazione della Vergine a una distanza, stimata attraverso lo spostamento verso il rosso, di 336 megaparsec, pari a qualcosa come 1 miliardo e 96 milioni di anni luce: non è proprio dietro l’angolo, per dirla tutta.
Ma anche a oltre un miliardo di anni luce di distanza, i telescopi — e non solo Hubble, in questo caso — permettono di scoprire cose interessanti. RX J1140 è stata osservata, infatti, non solo nella luce visibile, ma anche nei raggi X e nell’ultravioletto, grazie ai telescopi spaziali XMM-Newton e Galex.
Dalle osservazioni è risultato che RX J1140 non è una comune galassia a spirale, come per esempio la Via Lattea, ma una NLS1, cioè una Narrow-Line Seyfert 1. Dietro questa oscura denominazione si nasconde il fatto che RX J1140 possiede un nucleo galattico attivo (o AGN, dall’inglese active galactic nucleus): al suo centro si trova cioè un buco nero. Non si tratta, però, di un tipico buco nero supermassiccio, come ce ne sono al centro di tante altre galassie (compresa la nostra), bensì di un buco nero piuttosto “smilzo”.
Il buco nero di RX J1140 appartiene a una rara categoria: quella dei buchi neri di massa intermedia o IMBH, dall’inglese Intermediate Mass Black Holes. Se ne conoscono pochissimi. Hanno masse comprese tra 10.000 e 1 milione di masse solari e sono l’anello di congiunzione tra i buchi neri di massa stellare e quelli supermassicci. Le galassie NLS1 come RX J1140 sono caratterizzate da buchi neri di massa intermedia e luminosità del nucleo galattico prossime al cosiddetto limite di Eddington.
Il limite di Eddington esprime la massima luminosità che un oggetto può possedere senza perdere il proprio equilibrio idrostatico, cioè la condizione in cui la spinta centripeta della gravità e quella centrifuga della pressione interna (generata dal gas e, in questo caso, soprattutto dalla pressione di radiazione) si equivalgono. Un nucleo attivo con una luminosità prossima al limite di Eddington indica solitamente un buco nero che sta catturando materia quasi alla massima velocità possibile.
Ma nel caso di RX J1140 le cose appaiono piuttosto complicate.
La distribuzione dell’energia risultante dall’analisi spettrale delle emissioni di raggi X provenienti dal nucleo di RX J1140 pone limiti stringenti alla massa del buco nero medesimo. I calcoli basati sul tempo di diffusione delle variazioni di luminosità suggeriscono un valore intorno alle 80–100 mila masse solari. In base a una serie di altre considerazioni, si arriva a un valore massimo, compatibile con le osservazioni, di 0,5–1 milione di masse solari. Si tratta, anche nel caso della stima più elevata, di uno tra i buchi neri galattici più “leggeri” attualmente noti: per confronto, Sgr A*, il buco nero al centro della Via Lattea, “pesa” circa 4 milioni di masse solari.
I problemi sorgono quando si prende in considerazione la luminosità della regione esterna del disco di accrescimento del buco nero di RX J1140, osservata nel visibile e nel lontano ultravioletto. Dando per buoni i limiti di massa indicati sopra, la luminosità osservata è ben 10 volte superiore al limite di Eddington. Un così evidente superamento del limite implica che l’accrescimento del buco nero è praticamente bloccato: la pressione di radiazione diretta verso l’esterno è talmente grande che impedisce alla materia in caduta di arrivare fino al disco interno e quindi al buco nero.
In alternativa a un simile scenario, se il limite di Eddington cioè non è stato superato, allora vuol dire che la massa del buco nero al centro di RX J1140 è stata sottostimata almeno di un fattore 10.
La situazione è piuttosto enigmatica, perché sia i calcoli sulla massa del buco nero sia quelli sulla luminosità della regione esterna del disco di accrescimento sono basati su dati osservativi solidi. In conclusione, deve esistere qualche meccanismo ancora non ben compreso che consente di conciliare questi due elementi discordanti.
I ricercatori che hanno studiato l’insolito nucleo di questa galassia ritengono che i dati sono corretti e che la soluzione dell’enigma stia in una perdita di energia che avviene al livello del disco di accrescimento del buco nero. La luminosità “Super-Eddington” osservata nella regione esterna del disco sarebbe il risultato di un ambiente estremamente turbolento. I responsabili della dissipazione di energia potrebbero essere forti venti che si originano nella regione del disco, in combinazione con il trasporto del gas per advezione (o avvezione). In conseguenza di tali turbolenze, il disco intorno al buco nero di RX J1140 è probabilmente più spesso e opaco del normale, spiegando al contempo l’eccesso di luminosità e il “blocco degli alimenti” diretti verso il buco nero.
È probabile — concludono i ricercatori — che anche altre galassie NLS1 come RX J1140 abbiano buchi neri di piccola taglia e luminosità fuori scala, del tipo definito “Super-Eddington”.
