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Buchi neri di periferia

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di Corrado Lamberti,  astrofisico e divulgatore scientifico 

Che ci fa un buco nero di un miliardo di masse solari alla periferia della sua galassia? Non è quello il suo posto. E perché la sta abbandonando in tutta fretta?

I quasar sono sorgenti di notevole potenza collocati nel centro di lontanissime galassie. La fonte della loro energia si fa risalire al campo gravitazionale di un buco nero supermassiccio annidato nel nucleo di tali galassie. Nel nucleo, però, non in periferia.

Sorprendentemente, il Telescopio Spaziale Hubble ha scovato un quasar nella galassia 3C 186, distante da noi circa 8 miliardi di anni luce, che non sta al centro di quel sistema, ma ne è ben discosto: si valuta che ne disti 35 mila anni luce. La sua luminosità denuncia una massa superiore a un miliardo di masse solari, mentre l’analisi spettroscopica della luce emessa dalle nubi di gas che lo circondano rivela un moto spaziale dell’oggetto a una velocità di 2100 km/s.

Nell’articolo che annuncia la scoperta, che comparirà sul fascicolo del prossimo 30 marzo di Astronomy & Astrophysics (primo firmatario Mario Chiaberge, dello STScI), si ipotizza che la 3C 186 sia il risultato dell’interazione tra due galassie, come sembrerebbero suggerire le deformazioni morfologiche che si scorgono nelle riprese, e che il quasar “fuggitivo” si sia formato all’apice di quell’evento, quando si realizzò la fusione dei buchi neri centrali delle due galassie interagenti. Se il buco nero risultante non si assestò al centro del nuovo sistema stellare è perché, sostengono gli autori, l’emissione asimmetrica di onde gravitazionali nell’istante della fusione gli avrebbe conferito una spinta poderosa, per effetto razzo, sufficiente ad allontanarlo per sempre dai resti dell’incontro. Essi stimano che già solo pochi milioni d’anni dopo la fusione, il buco nero supermassiccio abbandonerà per sempre la galassia e si metterà a vagare senza meta nell’Universo come un mastodontico fantasma invisibile, dopo aver risucchiato le nubi gassose circostanti e spento ogni attività energetica che potrebbe renderlo tracciabile. Alle spalle si lascerà una galassia informe, spogliata del suo nucleo.

Ma sarà davvero questa la storia che 3C 186 ci sta raccontando? C’è più d’un motivo se non per dubitarne, almeno per andar cauti con le interpretazioni.

Il primo che viene alla mente è l’energetica: sembra impossibile che possa esistere un “motore” energetico tanto efficace da riuscire a lanciare un oggetto di un miliardo di masse solari alla favolosa velocità di 2100 km/s. In realtà, questo non è un argomento che, di per sé, può mettere in crisi il modello se si ricorda che in entrambi gli eventi di fusione di buchi neri rivelati lo scorso anno dall’Osservatorio LIGO l’emissione di onde gravitazionali dissipò il 5% del totale dell’energia disponibile come energia di massa dei corpi coinvolti (3 masse solari su 60, nel primo caso e 1 su 22 nel secondo). Se la proporzione fosse la stessa anche per l’evento occorso in 3C 186, basterebbe ipotizzare una minima asimmetria nell’emissione (una parte su duemila) per rendere conto di una spinta per rinculo tanto poderosa.

Piuttosto, c’è da chiedersi a cosa sia dovuta l’emissione asimmetrica e come può generarsi la spinta. Gli autori sostengono che ciò dipenda dalla diversa orientazione degli assi di rotazione dei buchi neri di partenza. Ma, se così fosse, poiché non v’è motivo per cui gli assi di buchi neri di galassie diverse debbano essere orientati nella medesima direzione, l’espulsione del buco nero risultante dovrebbe essere la regola in tutti gli episodi di fusione, quando invece nella stragrande maggioranza dei casi osserviamo i buchi neri nel posto atteso, al centro delle rispettive galassie.

Un’altra obiezione potrebbe riguardare la tempistica. Gli autori segnalano la presenza in 3C 186 di deboli archi di gas e stelle, ovvero di strutture mareali che sono i chiari sintomi di una fase avanzata di interazione, iniziata da almeno 1-2 miliardi d’anni, ossia da un tempo centinaia di volte più lungo di quei 5 milioni d’anni da quando le onde gravitazionali decretarono l’espulsione del buco nero (desumibili dalla sua velocità e dalla distanza percorsa). Un così sensibile divario tra le due scale temporali non è fisicamente implausibile, ma può comunque sollevare qualche perplessità.

Alla fine, tutti questi interrogativi spingono verso un’altra interpretazione dei dati, decisamente più prosaica: e se il quasar non avesse nulla in comune con 3C 186 se non le coordinate celesti? Se cioè si trattasse di un normale quasar che vediamo sovrapposto a 3C 186 solo per effetto prospettico? Se la differenza nel redshift non segnalasse una differente velocità spaziale tra il buco nero e la sua galassia ospite (un redshift da effetto Doppler), ma una differente distanza da noi delle due sorgenti (un redshift cosmologico), con il quasar davanti e 3C 186 alcune centinaia di milioni d’anni luce dietro, sullo sfondo?

Urgono nuove osservazioni, con risoluzione angolare e spettroscopica più spinta. Una sorgente così bizzarra le merita!

Immagine di copertina: In questa ripresa dell’HST il quasar (la sorgente più luminosa) è discosto dal centro della galassia 3C 186 di circa 35mila anni luce. (NASA, ESA, and M. Chiaberge (STScI and JHU))