Nuove scoperte sui bagliori del buco nero di M87

M87 è una grande galassia che si trova a 18,5 milioni di parsec da noi. Al suo centro c'è un buco nero supermassiccio (SMBH) che gioca un ruolo fondamentale nel suo comportamento. M87 è conosciuta per emettere un potente getto di plasma che si estende per circa 5000 anni luce dal suo nucleo. Questo getto è inclinato rispetto al nostro punto di vista, offrendo agli scienziati un'opportunità unica di studiare i buchi neri e il materiale che li circonda.

Negli ultimi dieci anni, M87 ha mostrato diversi brevi lampi di luce conosciuti come Flare. Questi flare sono spesso collegati a rapidi cambiamenti di luminosità e possono aiutarci a capire il disco di accrescimento del buco nero. Il disco di accrescimento è la massa di gas e polvere che spiraleggia verso il buco nero e si riscalda man mano che si avvicina, portando a emissioni luminose.

Studi recenti hanno indicato che M87 ha variazioni in raggi X su scala annuale nel suo nucleo. Questo significa che la luminosità della luce X di M87 cambia nel corso di anni, non solo giorni o mesi. Le proprietà di queste variazioni suggeriscono che siano collegate a un tipo di flusso di accrescimento noto come accrescimento a cumuli.

Per approfondire, i ricercatori hanno analizzato dati in raggi X raccolti da M87 tra il 2007 e il 2019 usando l'Osservatorio Chandra. Hanno esaminato 56 osservazioni diverse in questo periodo. Attraverso questa analisi, sono riusciti a separare i periodi in cui la galassia era in uno stato "non-flaring" da quelli in cui stava vivendo flare.

Esaminando lo stato non-flaring, i ricercatori hanno identificato quattro cumuli di gas al centro di M87. Questi cumuli si comportavano come previsto dal modello di accrescimento a cumuli, il che suggerisce che il flusso di accrescimento è irregolare e può produrre esplosioni di luminosità man mano che il materiale cade nel buco nero.

I ricercatori hanno trovato una relazione tra l'indice dei fotoni e la luminosità delle emissioni X di M87 durante gli stati non-flaring. Hanno osservato che, all'aumentare della luminosità, l'indice dei fotoni diminuiva. Questo significa che quando M87 è più luminosa, le emissioni X sono più "morbide". Al contrario, durante gli stati di flare, non c'era una chiara relazione tra luminosità e indice dei fotoni.

È interessante notare che i flare si verificano tipicamente quando c'è un'alta velocità di accrescimento, il che significa che molto materiale sta cadendo nel buco nero contemporaneamente. Dopo un flare, i ricercatori hanno notato un rapido calo della luminosità. Questo suggerisce che quando si verificano i flare, l'energia rilasciata destabilizza la struttura del disco di accrescimento, portando a un rapido calo di luminosità. Alla fine, il sistema torna a livelli normali man mano che nuovo materiale riempie i vuoti lasciati dall'attività di flare.

M87 è stata studiata per le sue caratteristiche uniche, tra cui i suoi getti di plasma ad alta energia e il modo in cui il suo buco nero centrale interagisce con il gas e la polvere circostanti. La radiazione emessa da M87 è stata attribuita a diversi meccanismi, incluso un modello di disco sottile standard, ma le osservazioni hanno mostrato discrepanze tra luminosità prevista e reale. Questo ha portato i ricercatori a esplorare modelli diversi, come l'Advection Dominated Accretion Flow (ADAF), che potrebbero spiegare meglio i dati osservati.

I flare in M87 sono stati osservati in momenti diversi, inclusi eventi notevoli nel 2005 e 2008. Questi eventi hanno sollevato domande sulle loro origini, e i ricercatori hanno proposto varie possibilità, incluso la riconnessione magnetica, dove i campi magnetici rilasciano energia e potenzialmente causano flare.

Le variazioni su scala annuale osservate in M87 potrebbero essere strettamente legate al modo in cui la materia fluisce verso il buco nero. Una teoria suggerisce che il flusso irregolare di materiale potrebbe essere dovuto a instabilità nel processo di accrescimento, portando alla formazione di cumuli. Man mano che questi cumuli cadono nel buco nero, creano fluttuazioni di luminosità su periodi più lunghi.

L'ultimo lavoro evidenzia l'importanza di comprendere questi cambiamenti a lungo termine. I ricercatori hanno sviluppato un metodo di classificazione per analizzare i diversi stati di M87 nel tempo, permettendo loro di identificare periodi di attività di flare e non-flare. Esaminando queste tendenze, sperano di scoprire i processi sottostanti che operano nel flusso di accrescimento di M87.

I risultati di questi studi indicano che i cambiamenti di luminosità non sono semplicemente casuali, ma seguono modelli che possono fornire informazioni sul comportamento dei buchi neri e dei loro ambienti. I ricercatori hanno scoperto che la velocità di accrescimento della massa ha un impatto sulle proprietà osservate, rafforzando l'idea che il modo in cui il materiale interagisce con il buco nero modella la radiazione emessa.

I dati accumulati da Chandra hanno rivelato modelli coerenti nella luminosità in raggi X nel corso degli anni, permettendo agli scienziati di tenere traccia dei cambiamenti e scoprire nuove intuizioni su M87. Osservando il nucleo di questa galassia, i ricercatori possono ottenere una migliore comprensione delle complesse dinamiche che circondano i buchi neri e i loro processi di accrescimento.

I risultati di M87 suggeriscono che i flare e le variazioni di luminosità a lungo termine possono essere collegati alla struttura del disco di accrescimento e alla sua interazione con i campi magnetici. Questa relazione offre un'opportunità per esplorare ulteriormente la fisica dei buchi neri e i loro meccanismi di alimentazione.

Man mano che la ricerca continua, lo studio in corso di M87 e galassie simili fornirà conoscenze preziose sulla natura dei buchi neri, il comportamento del materiale circostante e i processi fondamentali che governano la loro evoluzione nell'universo. Le interazioni tra i flussi di accrescimento e i campi magnetici potrebbero contenere indizi chiave sui misteri di questi affascinanti oggetti cosmici.

Comprendere le variazioni di luminosità in raggi X di M87 non solo fa luce su questa particolare galassia, ma aiuta anche a costruire un quadro più ampio di come funzionano i buchi neri supermassicci e come impattano le loro galassie ospiti. Osservazioni e analisi continue saranno fondamentali per svelare le complessità di questi sistemi e migliorare la nostra comprensione dei fenomeni più enigmatici dell'universo.