Il buco nero che fa ombra al proprio disco: scoperto un sorprendente paradosso cosmico

La Natura continua a proporre nuove sfide agli astronomi, e questi le accettano come nuove opportunità per conoscere più profondamente la Natura stessa. Tra le ultime sfide c'è quella di un buco nero che, con il suo comportamento paradossale, mette in dubbio gli attuali modelli spronando a trovarne di migliori.

Un buco nero che si alimenta di una stella compagna

Il buco nero MAXI J0637−430 è stato scoperto relativamente da poco, nel 2019, grazie ad un telescopio, il telescopio MAXI da cui prende il nome, montato sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Gli studi successivi alla scoperta, effettuati anche con altri telescopi sensibili alla radiazione X emessa dai buchi neri, tra cui i telescopi spaziali Swift e nuSTAR, scoprirono che si trova ad una distanza di circa 30 mila anni luce dal Sistema Solare, ha una massa tra le 5 e le 10 masse solari ed è legato ad una stella a cui sta sottraendo massa.

MAXI J0637−430 è pertanto componente di un sistema binario il cui periodo di rotazione attorno al proprio centro di massa è di circa 2 ore.

Studi recenti condotti all'Instituto de Astrofísica de Canarias e coordinati dall’astronomo Montserrat Armas Padilla hanno scoperto un interessante comportamento di questo buco nero, comportamento che sta svelando come la struttura di questi oggetti sia ancor più complessa di quanto finora creduto.

Il comportamento (apparentemente) paradossale di MAXI J0637−430

Utilizzando lo spettrografo X-shooter montato sul Very Large Telescope dell'ESO, in Cile, gli astronomi hanno osservato che quando la luminosità centrale del buco nero diminuiva, quella delle regioni esterne del disco aumentava.

Un apparente paradosso, a cui però gli astronomi hanno dato una spiegazione.

Quando il flusso di massa che precipita nel buco nero subisce occasionalmente un temporaneo incremento, si ha un picco di luminosità, chiamato in inglese outburst. Questo viene poi seguito da un ritorno graduale del disco alla normale luminosità.

Paradossalmente, MAXI J0637−430 dopo un suo outburst, ritornando ad un livello più basso di luminosità, ha mostrato un aumento della brillantezza del disco esterno, un comportamento imprevisto ed inizialmente inspiegabile.

La possibile spiegazione è che l’outburst aumenti lo spessore del disco nelle regioni interne impedendo alla radiazione X di raggiungere e riscaldare anche le parti più esterne, che in qualche modo si ritrovano in ombra. Quando l’outburst finisce ed il disco interno si assottiglia, la radiazione X ancora elevata riesce a raggiungere e riscaldare il disco esterno.

Ciò che allora si osserva è che mentre la luminosità complessiva del buco nero diminuisce, quella locale del disco esterno aumenta.

Il fenomeno ricorda quello di una lampada schermata da un paralume. Se riduciamo la potenza della lampadina ma contemporaneamente togliamo il paralume, alcune superfici precedentemente in ombra possono ricevere più luce di prima.

Una scoperta che potrebbe cambiare i modelli dei buchi neri

La scoperta potrebbe influenzare diversi aspetti dell'astrofisica dei buchi neri, a cominciare dalla misura della loro velocità di rotazione, o spin.

Secondo gli attuali modelli, il rigonfiamento del disco avviene quando la luminosità raggiunge il limite di Eddington, cioè esercita una pressione tale da contrastare la gravità, che altrimenti manterrebbe il disco sottile.

Nel caso di MAXI J0637−430 il rigonfiamento del disco, che ha messo in ombra la parte esterna dello stesso, è avvenuto a valori di circa il 10-20% del valore di Eddington.

I parametri dei dischi dei buchi neri, quali la rotazione, dipendono dalle ipotesi adottate sulla geometria delle regioni più interne del disco. Se quest'ultimo risulta più spesso di quanto previsto, alcune stime potrebbero richiedere correzioni.

Come succede, con il progredire delle tecniche di osservazione ed analisi dei dati, e con la scoperta di una varietà sempre più ampia di oggetti, i modelli semplificati si mostrano inadeguati e nuovi sforzi teorici sono necessari per modellare sempre più fedelmente oggetti e fenomeni oltremodo complessi.