Dal seme cosmico ai giganti: la crescita dei buchi neri supermassicci

RomeGli scienziati stanno iniziando a comprendere come i buchi neri supermassicci diventino così enormi. Un gruppo di astronomi della Penn State ha studiato la crescita di questi buchi neri nel corso di 12 miliardi di anni, utilizzando nuove osservazioni ai raggi X e simulazioni al computer.

I buchi neri supermassicci si trovano al centro delle galassie e sono milioni o miliardi di volte più pesanti del Sole. Questo studio esamina come questi buchi neri siano cresciuti dai 1,8 miliardi di anni dopo l'inizio dell'Universo fino ad oggi, ovvero 13,8 miliardi di anni dopo.

Ecco cosa hanno scoperto:

• I buchi neri crescono accrescendo gas freddo dalle loro galassie ospitanti.
• Crescono anche tramite fusioni con altri buchi neri supermassicci durante le collisioni galattiche.
• La crescita per accrescimento può essere monitorata tramite dati a raggi X.
• Le fusioni contribuiscono significativamente alla crescita, soprattutto negli ultimi 5 miliardi di anni.

Il gruppo comprende Fan Zou, uno studente di dottorato della Penn State e primo autore degli articoli, insieme a ricercatori di varie istituzioni. Hanno analizzato i dati provenienti da:

• Osservatorio a Raggi X Chandra della NASA
• XMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea
• telescopio eROSITA dell'Istituto Max Planck

Hanno analizzato la crescita dei buchi neri in oltre 1,3 milioni di galassie, tra cui più di 8.000 buchi neri in rapida crescita. Questo vasto campione ha permesso loro di trarre conclusioni solide.

Studi rivelano che le galassie più grandi tendono a far crescere i loro buchi neri più velocemente, assorbendo materiale. Questo modello si ripete in tutte le epoche dell'universo. I ricercatori hanno utilizzato simulazioni al supercomputer del progetto IllustrisTNG per seguire questa crescita attraverso le fusioni galattiche.

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Il loro metodo sfrutta dati reali sull'aumento di massa dei buchi neri e li combina con modelli al computer delle fusioni di buchi neri. Questo approccio fornisce la comprensione più chiara di come crescono i buchi neri supermassicci. La maggior parte della crescita deriva dalla caduta di materia nel buco nero, ma le fusioni hanno avuto un ruolo significativo, soprattutto nei tempi cosmici recenti.

La ricerca rivela che i buchi neri molto grandi crescevano più rapidamente quando l'Universo era giovane. La crescita di questi buchi neri si è prevalentemente arrestata circa 7 miliardi di anni fa.

Gli scienziati hanno esaminato il buco nero al centro della Via Lattea, che ha una massa pari a 4 milioni di volte quella del nostro Sole. Le loro ricerche indicano che questo buco nero si è formato più tardi nella storia dell'universo.

Il team di ricerca comprende:

• Zhibo Yu, studente laureato presso Penn State
• Hyungsuk Tak, professore associato a Penn State
• Elena Gallo, Università del Michigan
• Bin Luo, Università di Nanchino, Cina
• Qingling Ni, Istituto Max Planck, Germania
• Yongquan Xue, Università della Scienza e della Tecnologia della Cina
• Guang Yang, Università di Groningen, Paesi Bassi

Questo studio è stato finanziato dalla Fondazione Nazionale della Scienza degli Stati Uniti, dal Chandra X-ray Center e dalla Penn State University. Inoltre, i risultati delle simulazioni IllustrisTNG condivisi con la comunità scientifica hanno contribuito in modo significativo alla realizzazione di questo lavoro.