Due telescopi spaziali, il Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA e l’XMM-Newton dell’ESA, sono stati utilizzati assieme per misurare per la prima volta la velocità di rotazione di un buco nero. L’oggetto dello studio è il buco nero supermassiccio al centro della galassia NGC 1365, che secondo i risultati ruota ad una velocità vicina a quella della luce.

NGC 1365 è una galassia a spirale barrata, ovvero ha un rigonfiamento centrale dotato di due prolungamenti di stelle che nel loro insieme ricordano una barra che passa attraverso il nucleo. È distante circa 56 milioni di anni luce dalla Terra e il buco nero supermassiccio al suo centro ha una massa di circa due milioni di volte quella del Sole.

Le enormi energie prodotte quando la materia cade nel potentissimo pozzo gravitazionale di un buco nero supermassiccio determinano l’emissione di raggi X, che possono essere rilevati per comprenderne le caratteristiche, tra cui la velocità di rotazione. In particolare, è utile osservare i raggi X emessi appena fuori dall’orizzonte degli eventi, il confine attorno al buco nero oltre il quale neppure la luce può sfuggire alla sua forza di gravità.

Il problema è che attorno al buco nero ci sono nubi di polvere che possono schermare le emissioni di raggi X confondendo i risultati delle misurazioni. Il telescopio spaziale NuSTAR, lanciato nel giugno 2012, permette di misurare raggi X ad altissima energia in maniera dettagliata mentre l’XMM-Newton permette invece di osservare i raggi X a energie più basse. L’utilizzo simultaneo dei due osservatori spaziali ha permesso di studiare il buco nero supermassiccio penetrando in maniera più profonda nella regione attorno ad esso.

I dati ottenuti osservando i raggi X ad alta energia hanno permesso di stabilire che queste emissioni non venivano curvate dalle nubi di polvere ma dalla fortissima gravità del buco nero. Ciò prova che è possibile misurare la velocità di rotazione dei buchi neri supermassicci, che nel caso di quello della galassia NGC 1365 è vicina a quella della luce.

Lo studio effettuato dal team condotto da Guido Risaliti dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge e dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri permette anche di capire il passato delle galassie dalla caratteristiche dei buchi neri supermassicci al loro centro.

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, maggiore è la velocità di rotazione di un buco nero, maggiore è la vicinanza del disco di accrescimento formato dalla materia che viene attirata verso di esso. Più vicino è questo disco, più la gravità del buco nero curverà i raggi X emessi.

Gli atomi di ferro emettono forti “firme” di raggi X a specifiche energie perciò sono quelli maggiormente osservati per effettuare le misurazioni. Nel caso del buco nero supermassiccio della galassia NGC 1365, il telescopio spaziale XMM-Newton ha rivelato che i raggi X emessi dal ferro venivano curvati mentre NuSTAR ha provato che la distorsione veniva dalla gravità del buco nero perché il ferro era talmente vicino al buco nero che solo la gravità poteva provocare tale effetto.

Questa nuova ricerca aiuta anche a comprendere l’evoluzione delle galassie. Nel caso di NGC 1365, un buco nero che ruota rapidamente suggerisce una crescita costante con materiale che è finito in maniera uniforme nel buco nero. È comunque possibile che due galassie e i buchi neri al loro centro si siano uniti per formare l’attuale NGC 1365.

Questo tipo di ricerca continuerà per scoprire di più su NGC 1365 e altre galassie per farsi un’idea migliore dell’evoluzione dei buchi neri supermassicci e delle galassie che li contengono, quindi dell’intero universo.

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