Al centro della lontana galassia OJ 287, a 5 miliardi di anni luce dalla Terra, non c’è un solo buco nero supermassiccio, ma un sistema binario di due buchi neri supermassicci. Apparso per la prima volta su lastre fotografiche dal 1887, questo oggetto periodicamente emette delle esplosioni luminose, quando il buco nero più piccolo “ingoia” una grande fetta del disco di accrescimento che circonda il buco nero più grande, rigurgitando questo materiale in un getto verso l’esterno. Questo almeno era ciò che sostenevano i ricercatori dell’Università finlandese di Turku.

A novembre 2021, il satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA, dedicato alla scoperta e allo studio di esopianeti che transitano di fronte alle loro stelle, ha trascorso diverse settimane a studiare OJ 287. Lo scopo era trovare le prove necessarie a verificare l’esistenza del buco nero più piccolo della coppia. Per farlo, TESS ha monitorato la luminosità del buco nero primario, e del getto a esso associato.

Ora, un nuovo studio che ha analizzato quei dati di TESS ha confermato che il satellite è riuscito a rilevare la presenza del buco nero più piccolo. Il 12 novembre 2021, alle 4:00 italiane e per un periodo di 12 ore, TESS ha registrato un bagliore che corrisponde al momento in cui il buco nero piccolo ha divorato una parte di materiale del più grande.

L’osservazione di questo evento, che era stato previsto da Pauli Pihajoki dell’Università di Turku, è la prima in assoluto di questo genere e conferma la natura binaria dell’oggetto al centro di OJ 287.

La strana coppia OJ 287

Ciò che sappiamo oggi è che il cuore di OJ 287 è costituito da un buco nero primario estremamente massiccio e da un buco nero secondario con una massa compresa tra 125 e 150 milioni di masse solari. Orbita attorno al primario con un periodo di circa 12 anni in un’orbita altamente eccentrica, che lo porta ad attraversare il disco di accrescimento del primario due volte per ogni rivoluzione completa. Ecco perché genera le esplosioni luminose e i getti osservati.

Queste esplosioni di luce ottica hanno una luminosità intrinseca che supera di oltre un trilione di volte quella del Sole. Sono tra i fenomeni più luminosi conosciuti e rilasciano enormi quantità di energia.

Un aspetto interessante di OJ 287 è la decadenza dell’orbita del buco nero secondario, dovuta all’emissione di radiazione gravitazionale. Questa decadenza porterà alla fusione dei due buchi neri entro circa 10mila anni.

Stiamo “vedendo” un buco nero orbitante

Le osservazioni di TESS del 12 novembre 2021 mostrano una rapida esplosione di luminosità. La quantità di luce emessa nell’esplosione equivale alla luminosità totale di circa 100 galassie. Questa esplosione ha reso per 12 ore la luce di OJ 287 “più gialla” che rossa. Poi il colore è tornato quello rosso normale. Questo indica che per quell’intervallo di tempo, noi stavamo osservando la luce proveniente dal buco nero più piccolo.

“Ora possiamo dire di aver “visto” un buco nero orbitante per la prima volta, nello stesso modo in cui possiamo dire che TESS ha visto pianeti orbitare attorno ad altre stelle” ha affermato con orgoglio il professor Mauri Valtonen, dell’Università di Turku, che ha mostrato insieme al suo team che l’esplosione proveniva proprio dal buco nero più piccolo.

I risultati ottenuti con TESS sono stati confermati anche da una collaborazione internazionale guidata da Staszek Zola dell’Università Jagellonica di Cracovia, in Poloni, utilizzando i dati di diversi telescopi terrestri. In particolare, un gruppo dell’Università di Boston, negli Stati Uniti, guidato da Svetlana Jorstad e altri osservatori, ha confermato la scoperta studiando la polarizzazione della luce prima e dopo il bagliore.

Ora sarà interessante “osservare” anche il buco nero più grande. Gli scienziati sostengono che ciò potrebbe accadere quando emetterà onde gravitazionali nell’ordine dei nano-Hertz, che dovrebbero essere rilevabili nei prossimi anni utilizzando la tecnica del pulsar timing array. OJ 287 è anche un candidato per le osservazioni con l’Event Horizon Telescope, essendo un oggetto chiave per approfondire la comprensione della fisica dei buchi neri supermassicci e dei loro effetti sull’ambiente circostante.

I due studi di cui parla l’articolo sono:

• Evidence of Jet Activity from the Secondary Black Hole in the OJ 287 Binary System, Valtonen et al., giugno 2024
• Rapid Optical Flares in the Blazar OJ 287 on Intraday Timescales with TESS, Kishore et al., dicembre 2023