Spazio

Il risveglio del buco nero

Osservata un'esplosione eccezionale di luce ad alta energia prodotta da un buco nero che sta divorando il materiale dalla stella compagna

L’emissione di raggi X e gamma da un oggetto celeste sono la spia di eventi estremi e molto violenti, come le esplosioni di supernova, collisioni tra oggetti compatti, come stelle di neutroni e nane bianche, e buchi neri che banchettano con materia che passa nei loro dintorni.

In contrasto con la visione tranquilla del cielo notturno, il cielo ad alte energie, se fosse visibile con i nostri occhi, ci mostrerebbe uno spettacolo di luce dinamica, da fonti tremolanti che cambiano la loro luminosità drammaticamente in pochi minuti, anni o addirittura decenni.

La stella e il buco nero. Il 15 giugno scorso, una di queste sorgenti, nota da tempo e che appariva quiescente da circa 26 anni, si è improvvisamente risvegliata e ha lanciato un forte segnale in raggi X e gamma.

Si tratta di V404 Cygni, un sistema composto da un buco nero e da una stella che gli orbita attorno. Si trova ad una distanza da noi di quasi 8.000 anni in direzione della costellazione del Cigno.


In questo tipo di sistema binario la materia fluisce dalla stella verso il buco nero e spiraleggiando si raccoglie in un disco (disco di accrescimento), dove gli enormi attriti la riscaldano sino a milioni di gradi. A queste temperature la materia emette radiazione a lunghezze d'onda ottiche, ultraviolette e dei raggi X e gamma, prima di superare l’orizzonte degli eventi del buco nero e venire fagocitata da questo mostro celeste.


Un risveglio improvviso. I primi segni di una rinnovata attività di V404 Cygni sono stati rilevati dal telescopio spaziale Swift della NASA, che ha osservato un improvviso scoppio di raggi gamma.

Rappresentazione artistica dell'osservatorio spaziale per alte energie INTEGRAL. © ESA

Questi primi rilevamenti hanno innescato una massiccia campagna di osservazioni con strumenti basati a terra e telescopi spaziali, per monitorare V404 Cygni a diverse lunghezze d'onda in tutto lo spettro elettromagnetico, dal radio ai raggi gamma. Come parte di questo sforzo a livello mondiale, INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory), l’osservatorio per raggi gamma dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), ha iniziato il monitoraggio del buco nero il 17 giugno.
“Il comportamento attuale di questa sorgente è straordinario, con lampi ripetuti di luce di altissima energia su scale di tempo inferiore a un'ora, qualcosa raramente visto in altri sistemi binari in cui uno dei due componenti è un buco nero.”, ha commentato Erik Kuulkers, ricercatore impegnato nel progetto INTEGRAL.

Andamento dell'emissione X emessa da V404 Cygni. In basso, la banda rosa indica il livello di emissione della Nebulosa del Granchio, una delle più potenti sorgenti di raggi X del cielo. © ESA/INTEGRAL/IBIS/ISDC

Un potente faro intermittente a raggi X. In questo periodo, V404 Cygni è l'oggetto più luminoso del cielo a raggi X - fino a 50 volte più luminoso della Nebulosa del Granchio, normalmente una delle sorgenti più brillanti del cielo ad alte energie.

Osservazioni spettroscopiche effettuate con il Gran Telescopio Canarias, uno strumento da 10,4 metri di apertura, e hanno messo in evidenza un grosso flusso di materia che precipita dentro il buco nero con un disco di accrescimento particolarmente caldo, mentre osservazioni in banda radio hanno anch'esse mostrato dei picchi della durata di qualche minuto. Nel frattempo le osservazioni e il monitoraggio della sorgente continua in tutte le frequenze, presto questi dati saranno disponibili e ci permetteranno di affinare i nostri modelli sui buchi neri.


altri segni di attività nel passato. V404 Cygni è rimasto quiescente dal 1989, quando fu osservato con il satellite giapponese per raggi X Ginga e con strumenti a bordo della stazione spaziale russa Mir. Dopo quell’anno sono stati osservati soltanto due flash minori. Controllando negli archivi dei telescopi ottici sono state scoperte due esplosioni precedenti, una nel 1938 e un altra nel 1956, che all’epoca erano passate inosservate.


Un paio di anni dopo l’esplosione del 1989, una volta che la sorgente era tornata a uno stato più tranquillo, fu osservata la sua stella compagna, che era rimasta offuscata dall'intensa luminosità prodotta da quell’evento. La stella ha una massa di poco inferiore a quella del Sole, e, studiando il moto relativo dei due oggetti che formano il sistema binario, è stato possibile stabilire che il compagno di questa stella deve essere un buco nero, circa 12 volte più massiccio del Sole


Questi picchi di attività, che si verificano ogni due o tre decenni, sono probabilmente causati da materiale che lentamente si accumula nel disco di accrescimento, finché, raggiunto un livello critico, il tasso di alimentazione del buco nero cambia radicalmente per un breve periodo, subendo un improvviso aumento.

La serie di onde di raggi X fotografate dal satellite Swift. © Andrew Beardmore (Univ. of Leicester) and NASA/Swift

Onde di raggi X. A fine giugno, un team di ricercatori dell'Università di Leicester (Gran Bretagna), ha di nuovo puntato il telescopio spaziale Swift in direzione della coppia celeste, rivelando una serie di anelli concentrici che coprivano una porzione di cielo pari a un terzo della Luna piena. Questa struttura sarebbe dovuta ad una specie di eco delle radiazioni X: quando avviene l'esplosione, il buco nero emette raggi X in tutte le direzioni, ma parte di questi raggi viene deviata da particelle di polvere prima di raggiungerci. A causa di ciò, questa radiazione è arrivata all' “occhio” di Swift in ritardo rispetto a quella che non è stata intercettata dalle polveri

L'analisi dei dati di Swift ha rivelato che gli anelli visibili nelle foto del 30 giugno, del 2 e del 4 luglio sono stati prodotti da un brillamento osservato alle 19:40 ora italiana del 26 giugno. I raggi sono stati deviati da strati di polveri distanti tra i 4.000 e i 7.000 anni luce da noi.

Swift ci ha permesso di vedere gli anelli a raggi X come mai prima, e con queste osservazioni sarà possibile effettuare uno studio dettagliato delle polveri interstellari - normalmente invisibili - tra noi e questo buco nero.

Ci sono solo una manciata di sistemi binari, di cui uno componenti è un buco nero, per i quali i dati sono stati raccolti simultaneamente in molte lunghezze d'onda, e l'attuale esplosione di V404 Cygni offre la rara opportunità di effettuare più osservazioni di questo genere.

13 luglio 2015 Mario Di Martino
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