Una scia trovata nel gas che circonda una galassia lontana potrebbe essere la pistola fumante che indica un buco nero supermassiccio in fuga. Sulla base di un’analisi della luce che ha viaggiato per oltre 7,5 miliardi di anni per raggiungerci, un team di astronomi ha presentato le prove di un oggetto colossale espulso dalla sua galassia ospite 39 milioni di anni fa, che ora sta viaggiando nello Spazio intergalattico a 1.600 km/s.
Sebbene il buco nero stesso sia invisibile, la sua scia non lo è: gli shock lasciati nel tenue mezzo intergalattico lasciano dietro di sé una scia di formazione stellare nel gas compresso. Il lavoro del team mostra un modo per identificare i buchi neri supermassicci quiescenti espulsi dalle loro galassie che poi viaggiano, invisibili e senza legami, attraverso lo Spazio intergalattico.
La ricerca, guidata dall’astrofisico Pieter van Dokkum della Yale University, è stata accettata per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile sul server di prestampa arXiv.
Il buco nero invisibile in fuga
L’idea che un buco nero supermassiccio possa essere espulso dalla sua galassia non è poi così strana. In effetti, gli astronomi hanno già identificato quelli che pensano potrebbero essere più buchi neri supermassicci espulsi dai centri delle loro galassie (sebbene nessuno sia ancora entrato nello Spazio intergalattico), e persino una galassia a cui sembra mancare del tutto il suo buco nero supermassiccio.
Quei buchi neri supermassicci però avevano tutti una cosa in comune: sono attivi, il che significa che sono circondati da una nube di materiale che sta cadendo nelle loro fauci. Questo processo genera quantità incredibili di calore e luce, il che li rende molto più facili da individuare.
Non tutti i buchi neri però sono attivi. Quelli che si occupano tranquillamente dei loro affari tra uno spuntino e l’altro, non emettono luce che possiamo rilevare e sono quindi essenzialmente invisibili alla nostra tecnologia.
Tuttavia, qualcosa di così pesante come un buco nero supermassiccio – da milioni a miliardi di volte la massa del Sole – potrebbe comunque lasciare tracce che possiamo individuare. Questo è ciò che van Dokkum e i suoi colleghi hanno proposto: cioè che la traccia di un buco nero supermassiccio espulso possa essere rilevata nel gas che circonda una galassia, nota come mezzo circumgalattico.
La scoperta della scia
La scoperta è avvenuta nel corso di altre indagini. I ricercatori stavano usando Hubble per studiare una galassia nana molto più vicina chiamata RCP 28. È stato in quell’immagine che hanno scoperto qualcosa che potrebbe essere la scia di un buco nero supermassiccio in fuga.
L’immagine ha rivelato una scia luminosa che punta direttamente al centro di una galassia irregolare. Inizialmente, i ricercatori pensavano che fosse un raggio cosmico, ma è apparso in entrambi i filtri utilizzati per elaborare le immagini. Poi, nell’ottobre 2022, hanno acquisito immagini di follow-up utilizzando l’Osservatorio Keck, per calcolare il redshift della galassia e della scia. Questo ha dato loro una dimensione: la scia misura oltre 200mila anni luce di lunghezza.
L’analisi ha mostrato che la galassia e la scia hanno lo stesso spostamento verso il rosso, il che significa che sono probabilmente associate l’una all’altra e che la striscia e la galassia hanno lo stesso colore. Il team non aveva mai visto niente del genere.
Guardando più da vicino, hanno scoperto che la striscia non era uniforme per colore o luminosità. Mostra anche segni di forte ionizzazione e regioni d’urto. Parte della ionizzazione potrebbe essere spiegata dalla presenza di stelle molto giovani, calde e massicce: ciò è coerente con gli shock astrofisici, che tendono a comprimere il gas e a far collassare parti di esso sotto la gravità, formando piccole stelle.
Scie di luce che emergono dai centri delle galassie non sono rare: di solito sono getti astrofisici, flussi di plasma potenti che viaggiano a velocità vicine alla luce, lanciati dalle regioni polari di buchi neri supermassicci attivi. Tuttavia, la striscia trovata dal team non mostra nessuno dei tratti distintivi di un getto astrofisico.
È possibile, ha ipotizzato il team, che il passaggio di un getto possa avere lasciato una scia di formazione stellare, ma la scia nelle immagini non corrisponde a nessun caso osservato o simulato di formazione stellare indotta dal getto registrato.
In effetti, la scia osservata sembra essere l’esatto opposto di ciò che gli astronomi si aspetterebbero da un getto di gas, più intensa nel punto più lontano dalla galassia, dove c’è meno materiale, e più stretta a una distanza maggiore, piuttosto che espansa come un getto.
Il team ritiene che la migliore spiegazione sia un buco nero supermassiccio in fuga, che perturba e comprime il mezzo circumgalattico mentre lo attraversa, lasciando dietro di sé la formazione stellare.
