Un team internazionale di astronomi ha rivelato per la prima volta il buco nero supermassiccio secondario appartenente a un sistema binario al centro della galassia attiva OJ 287. I due buchi neri supermassicci girano l’uno intorno all’altro e sono così vicini da sembrare un oggetto unico. Attraverso un’attenta analisi della galassia, i ricercatori sono stati in grado di distinguere i due oggetti grazie alle differenti caratteristiche dei segnali emessi.

I buchi neri supermassicci rappresentano la classe più imponente di buchi neri presenti nell’Universo, con masse che raggiungono centinaia di migliaia, milioni o addirittura miliardi di volte quella del Sole. Nella maggior parte dei casi, questi buchi neri sono “dormienti”. Ciò rende la loro osservazione estremamente difficile.

Tuttavia, una percentuale minima dei questi buchi neri supermassicci conosciuti è attiva e divora materia dal cosiddetto disco di accrescimento. In questo caso, siamo in presenza di Nuclei Galattici Attivi (AGN) e si verifica un’emissione di radiazione superiore a quella dell’intera galassia che ospita il buco nero. Questi oggetti emettono radiazione in tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio fino agli intensi raggi gamma.

OJ 287: una galassia che sorprende da 135 anni

La galassia oggetto dello studio è OJ 287. I ricercatori hanno trovato le prove dell’esistenza di due buchi neri supermassicci che girano l’uno attorno all’altro. Nello specifico, OJ 287 è in direzione della costellazione del Cancro, a una distanza di circa 5 miliardi di anni luce da noi, ed è stata osservata dai ricercatori fin dal 1888.

Più di 40 anni fa, un gruppo di astronomi dell’Università di Turku in Finlandia, guidato da Aimo Sillanpää, ha notato che nell’emissione di questo sistema c’erano due cicli, uno di 12 anni e l’altro di circa 55 anni. I ricercatori hanno formulato l’ipotesi che i due cicli siano il risultato del moto orbitale dei due buchi neri l’uno intorno l’altro.

Il moto orbitale è stato rivelato grazie a una serie di brillamenti che si verificano quando il buco nero secondario si immerge nel disco di accrescimento del primario. Questo “tuffo” riscalda il materiale del disco, e il gas viene rilasciato sottoforma di bolle calde. Mentre queste ultime irradiano, provocano brillamenti, ossia dei lampi di luce molto luminosi, della durata di circa 15 giorni.

La prima rivelazione del segnale dal buco nero secondario

Dopo decenni di sforzi e studi approfonditi, il team di astronomi dell’Università di Turku guidati dal professore Mauri Valtonen, insieme a Achamveedu Gopakumar del Tata Institute of Fundamental Research di Mumbai, è riuscito a modellare l’orbita, quindi a prevedere con precisione il momento del brillamento. Tra il 1983 e il 2019 ci sono state campagne osservative che hanno permesso di osservare i brillamenti previsti e di confermare la presenza della coppia di buchi neri supermassicci al centro di OJ 287.

Nonostante tutte queste analisi, però, gli astronomi non erano riusciti a osservare un segnale diretto dal buco nero secondario. Prima del 2021, la sua esistenza era stata dedotta solo indirettamente grazie ai brillamenti e dal modo in cui faceva oscillare il getto emesso dal buco nero più grande. Valtonen ha affermato:

I due buchi neri sono così vicini nel cielo che non si possono vedere separatamente, ma si fondono in un unico punto nei nostri telescopi. Solo se vediamo segnali chiaramente separati da ciascun buco nero possiamo dire di averli effettivamente visti entrambi.

Le recenti osservazioni avvenute tra il 2021 e il 2022 hanno permesso di registrare i segnali provenienti dal buco nero più piccolo. In precedenza, i dati avevano previsto che in questo periodo il buco nero secondario si sarebbe immerso nel disco di accrescimento. “Ci si aspettava che questo tuffo producesse un lampo molto blu subito dopo l’impatto” ha spiegato Valtonen, “ed è stato effettivamente osservato a pochi giorni dal momento previsto, da Martin Jelinek e i collaboratori dell’Università Tecnica Ceca e dell’Istituto Astronomico della Repubblica Ceca”.

Due segnali inaspettati

Questo non è tutto. Ci sono state altre due grandi sorprese: hanno rivelato nuovi tipi di brillamenti, mai osservati prima.

Il primo segnale l’ha rilevato la campagna osservativa guidata da Staszek Zola, dell’Università Jagiellonian di Cracovia. Secondo le stime, il brillamento si è verificato poco dopo che il buco nero più piccolo aveva ricevuto una massiccia dose di gas da inghiottire durante il suo “tuffo”. I ricercatori ipotizzano che questo processo abbia alimentato il getto che si sprigiona dal buco nero secondario. Un evento del genere era stato previsto dieci anni fa, ma mai confermato fino ad ora.

Il secondo segnale inatteso, nella banda gamma, l’ha rivelato il telescopio Fermi della NASA. Questo segnale è avvenuto quando il buco nero secondario ha attraversato il disco di accrescimento del buco nero primario.

Inoltre, la galassia OJ 287 è la migliore candidata per una coppia di buchi neri supermassicci che sta generando onde gravitazionali a basse frequenze, dell’ordine del nanoHertz. Viene monitorata dai telescopi Event Horizon Telescope (EHT) e Global mm-VLBI Array (GMVA), per cercare ulteriori prove della presenza del sistema binario di buchi neri supermassicci e per ottenere un’immagine in banda radio del getto secondario.

La ricerca, pubblicata su Monthly Notices of the Royal Society, è reperibile qui.