NGC 922: alla ricerca della migliore ricetta per la formazione di buchi neri stellari

NGC 922. Crediti: X-ray (NASA/CXC/SAO/A.Prestwich et al); Optical (NASA/STScI)

In questo periodo natalizio dove la cucina fa da padrona e le ricette per i cenoni e i pranzi sono fondamentali per accogliere famiglie ed amici, è un periodo in cui anche i ricercatori astronomi si fanno domande molto simili, ma legate allo studio del cielo. Qual è la migliore miscela di ingredienti stellari per poter dar vita al maggior numero di buchi neri?

Si è affrontato questo problema con lo studio del numero di buchi neri in varie galassie con diverse composizioni. Una di queste galassie, la galassia ad anello NGC 922, è vista in questa immagine composita che contiene dati in raggi X ottenuti dal Chandra X-Ray Observatory della NASA (in rosso), e i dati ottici dall’Hubble Space Telescope (che appaiono in rosa, giallo e blu).

NGC 922 si è formata dalla collisione di due galassie , una che si vede in questa foto e un’altra che si trova al di fuori del campo di vista. La collisione ha innescato la formazione di nuove stelle formando l’anello. Alcune di queste stelle massicce che sono evolute e hanno avuto il collasso gravitazionale hanno dato vita a buchi neri.

La maggior parte delle sorgenti in X nell’immagine di Chandra della galassia NGC 922 sono buchi neri che strappano il materiale dai venti di stelle compagne massicce. Sette di queste sono oggetti che gli astronomi hanno classificato come “sorgenti in raggi X ultraluminose” (ULXs). Si pensa che queste contengano buchi neri di massa stellare che sono almeno dieci volte più massicci del nostro Sole e che si collocano nell’intervallo più alto di questa classe di buchi nero. Si tratta di una classe diversa dai buchi neri supermassicci trovati nel centro delle galassie, milioni di miliardi di volte la massa del Sole.

La lavoro teorico suggerisce che i buchi neri stellari più massicci dovrebbero formarsi in ambienti contenenti una frazione piccola di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, chiamati metalli. Nelle stelle massicce i processi che guidano la materia al di fuori delle stelle nei venti stellari lavorano meno efficentemente se la frazione di metalli è piccola. Di conseguenza, le stelle con meno abbondanza di questi metalli fra gli altri ingredienti perderebbero meno della loro massa sottoforma di venti man mano che evolvono. Una conseguenza di questa perdita di massa ridotta è che una grande proporzione di stelle massicce collasserebbero in buchi neri quando il loro combustibile nucleare si venisse ad esaurire. Questa teoria sembrava supportata dalla rilevazione di un gran numero, ben 12, di ULX nella galassia Cartwheel, dove le stelle tipicamente contengono solo il 30% dei metalli trovati nel Sole.

La galassia Cartwheel. Crediti: X-ray (NASA/CXC/SAO/A.Prestwich et al); Optical (NASA/STScI).

Per testare questa teoria, i ricuercatori hanno studiato NGC 922 che contiene circa la stessa frazione di metalli del Sole, il che significa che questa galassia è circa tre volte più ricca di metalli della galassia Cartwheel. Forse, e questo è sorprendente, il numero di ULX trovate nella galassia NGC 922 è confrontabile con il numero osservato nella galassia Cartwheel. In realtà, il conteggio di ULX appare dipendere solo dalla velocità con cui si formano le stelle nelle due galassie, non dalla frazione di metalli che esse contengono.

Una spiegazione di questi risultati è che la teoria che afferma che buchi neri stellari più massicci si debbano formare in condizioni di scarsa metallicità non è corretta. Un’altra spiegazione è che la frazione di metalli nella galassia Cartwheel non è così bassa da avere un effetto chiaro sulla produzione insolita di buchi neri stellari massicci, e di conseguenza non causerebbe un aumento nel numero di ULX. Modelli recenti che tengono conto dell’evoluzione stellare suggerisce che un miglioramento evidente nel numero di ULX potrebbe essere visto soltanto quando la frazione di metalli scendesse al di sotto, di circa 15%, del valore solare. I ricercatori stanno compiendo vari studi su questa possibilità con l’osservazione delle galassie con frazioni molto basse di metallicità utilizzando il Chandra X-Ray Observatory. Il numero di ULX viene confrontato con il numero trovato nelle galassie con un contenuto di metallicità alto. I risultati di questo lavoro verranno pubblicati in un paper.

Un paper che descrive i risultati di NGC 922 è stato pubblicato il 10 marzo 2012 nell’Astrophysical Journal. Gli autori sono Andrea Prestwich e Jose Luis Galache dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, MA; Tim Linden dell’University of Santa Cruz in Santa Cruz, CA; Vicky Kalogera del Northwestern University in Evanston, IL; Andreas Zezas del CfA e dellUniversità di Creta, a Creta, Grecia; Tim Roberts dell’University of Durham in Durham, UK; Roy Kilgard del Wesleyan University in Middletown, CT; Anna Wolter e Ginevra Trinchieri dell’ INAF a Milano, Italia.

Articolo: Prestwich, A., et al, 2012, ApJ, 747, 150 http://xxx.lanl.gov/abs/1212.1124

Fonte Chandra X-Ray Observatory – NGC 922: Searching for the Best Black Hole Recipe – http://www.chandra.harvard.edu/photo/2012/ngc922/

Sabrina