Un nuovo studio prevede l’esistenza di masse più grandi dei buchi neri supermassicci nell’universo

Vicino al centro della galassia della Via Lattea c’è un oggetto massiccio che gli astronomi chiamano Sagittarius A*. Questo buco nero “supermassiccio” potrebbe essere cresciuto insieme alla nostra galassia, e non è solo. Gli scienziati ritengono che un gigante simile si trovi nel cuore di quasi tutte le grandi galassie dell’universo.

Alcuni di loro possono diventare davvero grandi, ha affermato Joseph Simon, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di astrofisica e scienze planetarie dell’Università del Colorado Boulder.

“Il buco nero al centro della nostra galassia è milioni di volte più massiccio del Sole, ma ne vediamo anche altri che pensiamo siano miliardi di volte la massa del Sole”, ha detto.

L’astrofisico ha dedicato la sua carriera allo studio del comportamento di questi oggetti difficili da osservare. In uno studio recente, ha utilizzato simulazioni al computer, o “modelli”, per prevedere le masse dei più grandi buchi neri supermassicci dell’universo, un concetto matematico noto come funzione di massa del buco nero.

In altre parole, Simon ha cercato di determinare cosa si potrebbe trovare se si potessero mettere ciascuno di questi buchi neri uno dopo l’altro su scala gigantesca.

I suoi calcoli suggeriscono che miliardi di anni fa i buchi neri potevano essere in media molto più grandi di quanto gli scienziati sospettassero in precedenza. I risultati potrebbero aiutare i ricercatori a risolvere un mistero più grande, chiarendo le forze che hanno modellato oggetti come Sagittarius A* mentre crescevano da minuscoli buchi neri ai giganti che sono oggi.

“Stiamo iniziando a vedere da una varietà di fonti diverse che c’erano cose molto enormi nell’universo fin dall’inizio”, ha detto Simon.

Ha pubblicato le sue scoperte il 30 maggio in Lettere del diario astrofisico.

Sinfonia Galattica

Per Simon, queste “cose ​​molto ingombranti” sono il suo pane quotidiano.

L’astrofisico fa parte di un secondo sforzo di ricerca chiamato North American Nanohertz Gravitational-Wave Observatory (NANOGrav). Con il progetto, Simon e centinaia di altri scienziati negli Stati Uniti e in Canada hanno trascorso 15 anni alla ricerca di un fenomeno noto come “fondo di onde gravitazionali”. Il concetto si riferisce al flusso costante di onde gravitazionali, o gigantesche increspature nello spazio e nel tempo, che si propagano attraverso l’universo su base quasi costante.

Anche questo slancio cosmico ha le sue origini nei buchi neri supermassicci. Simon ha spiegato che se due galassie si scontrassero tra loro nello spazio, anche i buchi neri centrali potrebbero scontrarsi e persino fondersi. Girano su se stessi prima di schiantarsi l’uno contro l’altro come due piatti in un’orchestra: solo questo piatto genera onde gravitazionali, deformando letteralmente il tessuto dell’universo.

Per comprendere lo sfondo delle onde gravitazionali, gli scienziati devono prima sapere quanto sono massicci i buchi neri supermassicci nell’universo. I piatti più grandi creano un’esplosione più grande e producono molte più onde gravitazionali, ha detto Simon.

C’è solo un problema.

“Abbiamo già buone misurazioni delle masse dei buchi neri supermassicci della nostra galassia e delle galassie vicine”, ha detto. “Non abbiamo gli stessi tipi di misurazioni per le galassie distanti. Dobbiamo solo indovinare.”

I buchi neri sono in aumento

Nella sua nuova ricerca, Simon ha deciso di indovinare in un modo completamente nuovo.

In primo luogo, ha raccolto informazioni su centinaia di migliaia di galassie, alcune miliardi di anni. (La luce può viaggiare solo così velocemente, quindi quando gli umani osservano galassie lontane, stanno guardando indietro nel tempo.) Simon ha utilizzato queste informazioni per calcolare le masse approssimative dei buchi neri per le galassie più grandi dell’universo. Quindi ha utilizzato modelli di computer per simulare le onde gravitazionali di fondo che queste galassie creerebbero e che attualmente lavano la Terra.

Le scoperte di Simon rivelano l’intera gamma di masse di buchi neri supermassicci nell’universo risalenti a quasi 4 miliardi di anni fa. Notò anche qualcosa di strano: sembrava che ci fossero molte più grandi galassie sparse nell’universo miliardi di anni fa di quanto previsto da alcuni studi precedenti. Non aveva senso.

“C’era un’aspettativa che avresti visto questi sistemi davvero massicci solo nell’universo vicino”, ha detto Simon. “Ci vuole tempo perché i buchi neri crescano”.

Tuttavia, la sua ricerca si aggiunge a un numero crescente di prove che suggeriscono che potrebbero non aver bisogno di tutto il tempo che gli astrofisici credevano una volta. Ad esempio, il team NANOGrav ha visto segnali simili di buchi neri giganti in agguato nell’universo miliardi di anni fa.

Per ora, Simon spera di esplorare l’intera gamma di buchi neri che si estendono ancora più indietro nel tempo, rivelando indizi su come si sono formate la Via Lattea e, infine, il nostro sistema solare.

“Comprendere le masse dei buchi neri è fondamentale per alcune di queste domande fondamentali come lo sfondo delle onde gravitazionali, ma anche come crescono le galassie e come si è evoluto il nostro universo”, ha detto Simon.