Un buco nero intermedio nella Via Lattea potrebbe svelare i segreti dell'evoluzione dei buchi neri supermassicci

Utilizzando il radiotelescopio di 45m Nobeyama in Giappone ed il telescopio ASTE in Cile, gli astronomi hanno trovato indizi che sembrano indicare la presenza di un buco nero invisibile nel centro della Via Lattea, con una massa pari a 100 mila volte la massa del Sole.

Il gruppo, guidato da Tomoharu Oka, professore alla Keio University in Giappone, ha identificato un'enigmatica nube di gas, denominata CO-0.40-0.22, non molto distante dal centro della nostra Galassia. Ciò che rende questo oggetto inusuale è la sua dispersione di velocità particolarmente elevata (ossia la variazione della sua velocità intrinseca rispetto al sistema).

Grazie al Nobeyama, sono state ottenute 21 linee di emissione per 18 molecole.
I dati mostrano che la nube ha una forma ellittica ed è costituita da due componenti: una compatta e meno densa, con una velocità di dispersione significativa di 100 km/s; l'altra più densa che si estende per circa 10 anni luce, con una velocità di dispersione più contenuta.

Credit: Tomoharu Oka (Keio University), NAOJ

Osservazioni in raggiX ed infrarosso hanno escluso la presenza di oggetti compatti all'interno della nube tali da causare un apporto di energia in grado di rendere la velocità di dispersione così sorprendente. Così, il team ha eseguito una simulazione per nubi di gas scagliate da una forte fonte di gravità. Il modello ha mostrato che, inizialmente, la nube di gas viene attratta dalla sorgente con conseguente accelerazione nella fase di approccio; superato l'oggetto massiccio la sua velocità diminuisce. Utilizzando come sorgente di gravità una massa pari a 100 mila Soli, nel raggio di 0,3 anni luce, i dati coincidono con quelli osservati.

A sinistra, in alto: la simulazione di due nubi di gas che si stanno avvicinando verso una sorgente di gravità forte e compatta. Il diagramma mostra la variazione della posizione e della forma delle nubi in un periodo di 900 mila anni (a partire da t=0), con intervalli di 100 mila anni. Gli assi sono in parsec (1 pc = 3,26 anni luce).
A sinistra, in basso: il confronto tra i dati osservativi (in grigio) e la simulazione (rosso, magenta e arancione). Dopo 700 mila anni le forme e la velocità delle nubi sono in buon accordo con le osservazioni.
Credit: Tomoharu Oka (Keio University), NAOJ

"Considerato che nessun oggetto compatto è stato visto in raggiX o infrarosso, per quel che ne sappiamo, il miglior candidato è un buco nero", ha detto Oka, autore principale dello studio apparso sulla rivista Astrophysical Journal Letters.

Se così fosse, sarebbe il primo rilevamento di un buco nero di massa intermedia.

I buchi neri catalogati possono rientrare, infatti, in due macro gruppi: quelli di massa stellare, nati dalle esplosioni di stelle massicce e i buchi neri supermassicci (SMBH - Super Massive Black Hole) localizzati nei centri galattici, la cui massa varia da diversi milioni a qualche miliardo di volte la massa del Sole.

Gli astronomi hanno già identificato alcuni esempi di SMBH ma nulla si sa sulla loro formazione.
Una delle migliori ipotesi è che siano nati per fusione da buchi neri di massa intermedia di cui, però, finora non è stata trovata alcuna evidenza. Se la nube di gas CO-0.40-0.22, situata a soli 200 anni luce di distanza da Sgr A* (Sagittarius A*), la sorgente di onde radio associata al SMBH da 400 milioni di masse solari al centro della Via Lattea, contiene un buco nero intermedio, sarebbe il primo esempio a sostenere tale scenario.

Recenti osservazioni hanno mostrato che le nubi di gas compatte come CO-0.40-0.22 sono diverse. Secondo gli autori, queste potrebbero indicare per la maggior parte la presenza di un buco nero intermedio. Inoltre, studi paralleli suggeriscono che esistono circa 100 milioni di buchi neri nella Via Lattea, anche se finora quelli noti sono solo una decina.
"Le indagini sul moto dei gas con i radiotelescopi potrebbero fornire un modo complementare per cercare i buchi neri. La osservazioni continue della Via Lattea con il Nobeyama e quelle delle galassie vicine con l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) potranno aumentare in modo significativo il numero di buchi neri candidati", ha affermato Oka nella press release.

Signature of an Intermediate-Mass Black Hole in the Central Molecular Zone of Our Galaxy [abstract]
We mapped the high-velocity compact cloud CO-0.40-0.22 in 21 molecular lines in the 3 mm band using the Nobeyama Radio Observatory 45 m radio telescope. Eighteen lines were detected from CO-0.40-0.22. The map of each detected line shows that this cloud has a compact appearance (d=~3 pc) and extremely broad velocity width (DV=~100 km/s). The mass and kinetic energy of CO-0.40-0.22 are estimated to be 10^{3.6} M_sun and 10^{49.7} erg, respectively. The representative position-velocity map along the major axis shows that CO-0.40-0.22 consists of an intense region with a shallow velocity gradient and a less intense high-velocity wing. Here, we show that this kinematical structure can be attributed to a gravitational kick to the molecular cloud caused by an invisible compact object with a mass of ~10^5 M_sun. Its compactness and the absence of counterparts at other wavelengths suggest that this massive object is an intermediate-mass black hole.