Come le galassie massicce e i buchi neri si evolvono insieme

3 agosto 2023

Evrim Yazgin ha una laurea in fisica matematica e un master in fisica, entrambi conseguiti presso l'Università di Melbourne.

Gli astronomi della Swinburne University of Technology di Melbourne hanno sviluppato un nuovo sguardo su come le galassie e i loro buchi neri supermassicci centrali coevolvono.

I ricercatori avevano precedentemente ipotizzato che i buchi neri centrali nelle galassie di forma ellittica – le galassie più grandi dell’universo – aumentino di massa linearmente con la dimensione della galassia. Ad esempio, si credeva che una galassia ellittica con due volte la massa stellare di una galassia più piccola dovesse avere anche un buco nero centrale due volte più massiccio.

Nel complesso, si presume che i buchi neri supermassicci nei centri delle galassie ellittiche costituiscano circa lo 0,2% della massa totale della galassia.

Per un quarto di secolo, le simulazioni al computer volte a chiarire come questi buchi neri centrali e le galassie ellittiche si evolvono insieme hanno utilizzato questo modello.

Ma le nuove osservazioni dei ricercatori di Swinburne hanno rivelato non una crescita lineare dei buchi neri centrali con dimensioni della galassia ellittica, ma una crescita “quadratica”. Ciò significa che una galassia ellittica con il doppio della materia stellare avrà un buco nero centralequattro volte più grande. Una galassia con una massa stellare 10 volte maggiore vedrà un aumento di 100 volte nella dimensione del buco nero supermassiccio.

I risultati sono pubblicati negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

"I buchi neri non hanno più alcun controllo", afferma l'autore, il professor Alister Graham.

Le quattro galassie più grandi dell'universo conosciuto sono ellittiche. Il più grande, IC 1101, si trova a un miliardo di anni luce dalla Terra. Sede di 100 trilioni di stelle, IC 1101 ha un raggio di circa 2 milioni di anni luce (rispetto alla Via Lattea, che ha un raggio di soli 53.000 anni luce). Ciò significa che, se IC 1101 si trovasse dove si trova la Via Lattea, inghiottirebbe la nostra grande galassia vicina, Andromeda.

Poiché le galassie ellittiche possono essere così grandi, anche i loro buchi neri centrali sono massicci.

Questo è visibile nella vicina galassia ellittica Messier 87 (M87). Nel 2019, il buco nero centrale di M87 è diventato il primo buco nero ad essere ripreso direttamente; è circa 500 milioni di volte la massa del nostro Sole. I buchi neri centrali delle galassie ellittiche sono regolarmente miliardi di volte più grandi del Sole.

Graham ha scoperto la crescita quadratica tra i buchi neri supermassicci nello sciame di stelle di forma ellittica che costituisce il centro delle galassie a spirale (come la Via Lattea). Tuttavia, si presumeva che la crescita quadratica non fosse una caratteristica dei buchi neri centrali delle galassie ellittiche.

Gli astronomi hanno scoperto questa relazione quadratica tra la dimensione della galassia ellittica e la dimensione del buco nero centrale analizzando 100 galassie riprese a lunghezze d’onda infrarosse dal telescopio spaziale Spitzer della NASA. La scoperta cambia la nostra comprensione di come le galassie e i buchi neri coevolvono.

Molte delle galassie precedentemente ritenute puramente ellittiche possiedono in realtà un enorme disco di stelle. Il ridimensionamento quadratico della massa è diventato evidente quando sono stati presi in considerazione questi dischi. La ricerca suggerisce due tipi di galassie: galassie a disco ellittiche e “senza spirale”.

I ricercatori ritengono che le galassie in collisione gettino le stelle in orbite caotiche sopra e sotto le orbite circolari ordinate osservate nelle galassie a spirale. Questo crea un "rigonfiamento". Inizialmente, queste si svilupperanno in galassie con rigonfiamenti prominenti e un disco polveroso privo di spirali. Dopo qualche tempo prevale il rigonfiamento e nasce una galassia ellittica pura.

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Pubblicato originariamente da Cosmos come Come le galassie massicce e i buchi neri si evolvono insieme