Una piccola galassia con un grande buco nero

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Pubblicato Giovedì, 18 Settembre 2014 21:29

Scritto da Elisabetta Bonora

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Credit: NASA, ESA, STScI-PRC14-41a

Utilizzando i dati del telescopio spaziale Hubble e quelli delle osservazioni da Terra, gli astronomi hanno scoperto un oggetto improbabile in un luogo improbabile: un mostruoso buco nero supermassiccio nascosto in una delle galassie più piccole conosciute.

Il buco nero, che ha cinque volte la massa di quello al centro della nostra Via Lattea, è all'interno della galassia nana ultracompatta M60-UCD1, una delle più dense conosciute, con circa 140 milioni di masse solari all'interno di un diametro di circa 300 anni luce, solo 1/500° del diametro della nostra Galassia.

Questa scoperta è la prova che molte altre nane supercompatte potrebbero nascondere buchi neri supermassicci.

Tale caratteristica potrebbe essere spiegata se le galassie nane fossero i resti di galassie più grandi, residui di collisioni galattiche, piuttosto che isole di stelle solitarie.
I buchi neri molto grandi, infatti, si trovano generalmente all'interno di grandi galassie, dalle quali traggono materiale per l'accrescimento. 

"Non conosciamo nessun altro modo in cui si potrebbe formarsi un buco nero così grande in un oggetto così piccolo", ha dichiarato Anil Seth dell'Università dello Utah, astronomo ed autore principale dello studio pubblicato oggi sulla rivista Nature.

A supermassive black hole in an ultra-compact dwarf galaxy [abstract]

Ultra-compact dwarf galaxies are among the densest stellar systems in the Universe. These systems have masses of up to 2 × 10⁸ solar masses, but half-light radii of just 3–50 parsecs. Dynamical mass estimates show that many such dwarfs are more massive than expected from their luminosity. It remains unclear whether these high dynamical mass estimates arise because of the presence of supermassive black holes or result from a non-standard stellar initial mass function that causes the average stellar mass to be higher than expected. Here we report adaptive optics kinematic data of the ultra-compact dwarf galaxy M60-UCD1 that show a central velocity dispersion peak exceeding 100 kilometres per second and modest rotation. Dynamical modelling of these data reveals the presence of a supermassive black hole with a mass of 2.1 × 10⁷ solar masses. This is 15 per cent of the object’s total mass. The high black hole mass and mass fraction suggest that M60-UCD1 is the stripped nucleus of a galaxy. Our analysis also shows that M60-UCD1’s stellar mass is consistent with its luminosity, implying a large population of previously unrecognized supermassive black holes in other ultra-compact dwarf galaxies2

Il team internazionale ha utilizzato i dati del telescopio spaziale Hubble e le osservazioni nel visibile e nell'infrarosso del telescopio da 8 metri Gemini Nord, sul Mauna Kea nelle Hawaii, per studiare M60-UCD1 e misurare la massa del buco nero.
Le nitide immagini di Hubble hanno fornito informazioni sul diametro della galassia e la densità stellare; il Gemini ha misurato i moti stellari affetti dalla presenza del buco nero.

I buchi neri sono collassi gravitazionali, oggetti ultra compatti con un'attrazione gravitazionale tale che persino la luce non può sfuggire. I buchi neri supermassicci, quelli con la massa di almeno un milione di stelle come il nostro Sole, sono presenti al centro di molte galassie. Quello nella nostra ha la massa di 4 milioni di Soli, pari allo 0,01 per cento dei 50 miliardi di masse solari stimati per tutta la Via Lattea. In confronto, il buco nero supermassiccio al centro di M60-UCD1 ha la massa di 21 milioni di soli, che è ben il 15 per cento della massa totale della piccola galassia.

"Questo è piuttosto sorprendente, dato che la Via Lattea è 500 volte più grande e oltre 1.000 volte più pesante della galassia nana M60-UCD1", ha detto Seth.

Una spiegazione  potrebbe essere che M60-UCD1 era una volta una grande galassia contenente 10 miliardi di stelle, che si ritrovò troppo vicino al centro di una galassia ancora più grande, M60, che le strappò via, inglobandole, tutte le stelle e la materia oscura più esterna.

Il team ritiene che M60-UCD1 potrà in futuro fondersi completamente con M60, con il suo mostruoso buco nero di 4,5 miliardi di masse solari, oltre di 1.000 volte più grande del buco nero nella nostra Galassia. Quando ciò accadrà, allora probabilmente anche i buchi neri si fonderanno.
Entrambe le galassie si trovano a 50 milioni di anni luce di distanza da noi.