L’osservatorio a raggi X Chandra di Nasa ha svelato per la prima volta due diverse coppie di buchi neri in interazione appartenenti a galassie nane in rotta di collisione.
Mentre due galassie si stanno fondendo, i rispettivi buchi neri si attirano reciprocamente formando così un sistema binario. Queste coppie di fagocitatori cosmici sono abbastanza diffuse nell’universo, oltre che da noi ben indagate nel caso di galassie grandi e vicine.
Nessuna osservazione di buchi neri in sistemi binari è stata, invece, realizzata in galassie nane, piccole strutture a noi distanti che presentano una massa 20 volte inferiore a quella della Via Lattea.
Le galassie nane sono le strutture più diffuse nell’universo primordiale, ossia il giovane cosmo con solo poche centinaia di migliaia di anni. Secondo i modelli cosmologici più diffusi, le grandi galassie massicce che popolano oggi l’universo sarebbero il frutto di diverse e ricorrenti fusioni nel tempo tra le galassie nane, al contrario povere di stelle.
La primissima fase di questo processo di accrescimento, ossia la fusione di due galassie nane, è stata finora quasi impossibile da osservare, a causa della debolezza della loro luce e per la grande distanza rispetto a noi. A oggi, gli astronomi hanno documentato un solo evento di fusione tra due galassie nane, situate però a distanze molto più vicine alla Terra, e senza riuscire a individuare i segni di eventuali buchi neri per entrambe.
Questi ostacoli di indagine sono stati superati ora dallo sguardo a raggi X di Chandra, osservatorio andato a caccia proprio dell’interazione dei buchi neri al centro delle galassie nane: il materiale attirato da questi fagocitatori può, infatti, riscaldarsi fino a milioni di gradi, producendo così grandi quantità di raggi X. Quando le galassie nane entrano in collisione, questa emissione, oltre a testimoniare la presenza di due buchi neri in interazione, segna una traccia della fusione in atto.
Cercando dunque sorgenti luminose di raggi X in questi sistemi poco massicci, il team di Chandra ha individuato due diversi sistemi binari di buchi neri in altrettanti processi di fusione.
Le osservazioni profonde di Chandra sono state confrontate con i dati infrarossi del Wide Infrared Survey Explorer (Wise) della Nasa e i dati ottici del Canada-France-Hawaii Telescope (Cfht).
Le due coppie scovate da Chandra si trovano, la prima, nell’ammasso di galassie Abell 133, a 760 milioni di anni luce dalla Terra e, la seconda, nell’ammasso di galassie Abell 1758S, che dista circa 3,2 miliardi di anni luce. Entrambi i sistemi binari galattici mostrano i segni, quali ponti e code, caratteristici delle collisioni tra galassie.
La coppia scovata dell’ammasso di galassie Abell 133 vede due galassie nane catturate nelle ultime fasi della loro fusione: la struttura prodotta da tale processo mostra una lunga coda causata dagli effetti mareali, ossia la reciproca attrazione gravitazionale tra le due galassie madri. Questa nuova struttura, ormai già generata, è stata soprannominata ‘Mirabilis’, come una specie di colibrì in via di estinzione nota per le sue code eccezionalmente lunghe.
Le due galassie nane interagenti nell’ammasso di Abell 1758S sono invece agli inizi della loro unione: in questa fase, piuttosto che uno strascico a forma di coda, il segno della loro fusione in atto è un semplice legame strutturale: un ponte di stelle e gas che collega i due sistemi galattici.
Ancora ben distinguibili, le due galassie nane sono state chiamate in questo caso ‘Elstir’ e ‘Vinteuil’.
La scoperta, ancora in fase di pubblicazione, fornisce la prima prova della presenza di buchi neri supermassicci in galassie nane in rotta di collisione offrendo un’opportunità unica per comprendere meglio l’evoluzione delle galassie e la crescita di buchi neri nelle prime fasi dell’universo.
Immagine in evidenza: il sistema galattico binario Mirabilis (a sinistra) nell’ammasso Abell 133 e le due nane, Elstir e Vinteuil (a destra), all’inizio della loro fusione nell’ammasso di Abell 1758S.
Crediti: X-ray: Nasa/Cxc/Univ. of Alabama/M. Micic et al.; Optical: International Gemini Observatory/NoirLab/Nsf/Aura