Outburst di un buco nero da M83

Crediti immagine nell’ottico (a sinistra): ESO/VLT; Ingrandimento in raggi X (a destra): NASA/CXC/Curtin University/R. Soria et al., in ottico: NASA/STScI/Middlebury College/F. Winkler et al.

Chandra X-Ray Observatory della NASA ha scoperto uno straordinario ouutburst da un buco nero nella galassia a spirale M83, che si trova a circa 15 milioni di anni luce di distanza dalla Terra. Grazie a Chandra, i ricercatori hanno trovato un’altra sorgente X ultraluminosa (Ultraluminous X-ray source, ULX), oggetto che che emette molta più radiazione X che un “normale” sistema bianario nel quale la stella compagna si trova in orbita attorno a una stella a neutroni o ad un buco nero.

Sulla sinistra, un’immagine nell’ottico di M83 ottenuta dal Very Large Telescope in Cile, gestito dall’European Southern Observatory (ESA). Sulla destra, un’immagine composita che mostra i dati ottenuti in X dal Chandra X-ray Observatory in rosa e i dati ottici dell’Hubble Space Telescope in blu e in giallo. ULX è posizionato nella parte inferiore dell’immagine.

Nelle osservazioni ottenute da Chandra che coprono vari anni, ULX in M83 è aumentato in luminosità in X  almeno 3 000 volte. Questa improvvisa luminosità è uno dei più grandi cambiamenti in raggi X mai osservati in questo tipo di oggetti che di solito non mostrano fenomeni di inattività.

Immagini ottiche rivelano una sorgente blu luminosa nella posizione di ULX durante l’outburst in X. Prima dell’outburst la sorgente blu non è visibile. Questi risultati implicano che la compagna del buco nero in M83 è una stella gigante rossa che ha più di 500 milioni di anni, con una massa inferiore di poco alle quattro masse solari. Secondo i modelli teorici dell’evoluzione stellare il buco nero potrebbe essere vecchio almeno quanto la stella compagna.

Gli astronomi pensano che l’emissione ottica in luce blu osservata durante l’outbust in X possa essere causato da un disco che circonda il buco nero che è brillato improvvisamente come se avesse aumentato il suo materiale dalla stella compagna.

Un’altra ULX fortemente variabile con una vecchia stella rossa come compagna di un buco nero è stata osservata recentemente in M31. Le nuove ULX in M83 e M31 forniscono la prova dell’esistenza di una popolazione di buchi neri che sono molto più vecchi e più volatili di quelli normalmente ritenuti esistere in questi oggetti.

I ricercatori stimano un intervallo di massa per ULX di M83 da 40 a 100 volte quella del Sole. Masse inferiori circa 15 volte la massa del Sole sono possibili, ma solo se ULX stesse producendo più radiazione X di quella prevista dai modelli standard sulla caduta di materiale in un buco nero.

Si è anche osservato che il buco nero in questo sistema può essersi formato da una stella sorprendentemente ricca in metalli, ossia da materiali più pesanti dell’elio. ULX è posizionata in una regione che è nota essere ricca di metalli da precedenti osservazioni.

Un gran numero di metalli aumenta il tasso di perdita di massa per le stelle massicce, diminuendo la loro massa prima del loro collasso. Questo, a sua volta, riduce la massa del buco nero risultante. I modelli teorici indicano che con un elevato contenuto di metalli si potrebbero formare solo buchi neri con masse inferiori a circa 15 volte quella del Sole. Di conseguenza, questi risultati potrebbero cambiare tali modelli.

Immagini del prima e del dopo in X e nell’ottico ricavatate da osservazioni di Chandra X-Ray Observatory che coprono parecchi anni. ULX in M83 ha aumentato la sua luminosità di almeno 3 000 volte. Questa improvvisa luminosità è uno dei più grandi cambiamenti nei raggi X mai registrato finora per questo tipo di oggetto che di solito non mostra periodi di inattività. Crediti: immagini nell’ottico, ESO/VLT; ingrandimento in raggi X: NASA/CXC/Curtin University/R.Soria et al., nell’ottico: NASA/STScI/Middlebury College/F.Winkler et al..

Questa ricetta sorprendentemente ricca per un buco nero non è l’unica spiegazione possibile. Può anche essere che il buco nero sia così vecchio che si è formata in un momento in cui gli elementi pesanti erano molto meno abbondanti in M83, prima della semina delle future generazioni di supernove.
Un’altra spiegazione è che la massa del buco nero possa essere solo circa 15 volte quella del Sole.

Fonte Chandra X Ray Observatory-NASA: http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/m83_2012.html

Sabrina