Il risveglio del gigante: un buco nero supermassivo si riaccende a tempo di record

Osservata una rapida riattivazione nel cuore della galassia attiva ESO 511-G030 che mette in discussione i modelli standard di accrescimento.

Un buco nero supermassivo apparentemente "addormentato" si è risvegliato in meno di tre anni, aumentando la propria luminosità di oltre un ordine di grandezza nelle bande
ultravioletta e X. È questo il sorprendente risultato di uno studio internazionale guidato da Riccardo Middei, ricercatore presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e primo
autore del lavoro, a cui ha partecipato Stefano Bianchi, professore del Dipartimento di Matematica e Fisica dell'Università degli Studi Roma Tre. Lo studio, dal titolo “Directly tracking the re-brightening of a supermassive black hole accretion disk”, è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

Il team di ricerca ha monitorato per sei anni la galassia attiva ESO 511-G030 grazie alle osservazioni del satellite Neil Gehrels Swift Observatory della NASA. I dati raccolti
mostrano, per la prima volta, l'intera evoluzione temporale della riattivazione del disco di accrescimento attorno a un buco nero supermassivo, offrendo informazioni inedite sui
processi sici che regolano i nuclei galattici attivi.

«Monitorare in tempo reale l’evoluzione di un disco di accrescimento attorno a un buco nero supermassivo è estremamente difficile, sia per ragioni osservative sia perché tali
processi sono attesi su tempi scala molto lunghi. Per questo essere riusciti a seguire quasi in diretta la riattivazione del disco di accrescimento attorno al buco nero supermassivo
della galassia ESO 511-G030 rappresenta un risultato straordinario», spiega Riccardo Middei.

La ricerca evidenzia come il disco di accrescimento, la struttura di gas caldo che circonda il buco nero e ne alimenta l’emissione, dopo circa tre anni in stato di attività estremamente ridotta, abbia iniziato a ricostituirsi intorno al 2021, per poi recuperare gran parte della sua luminosità originaria entro il 2023. Lo studio rappresenta una delle prove più chiare del fatto che i cambiamenti di stato già documentati per i buchi neri di massa stellare si verifichino con le stesse modalità anche nei giganti ospitati al centro delle galassie attive.

In particolare, le osservazioni suggeriscono che questa transizione sia avvenuta quando il tasso di accrescimento era di circa l'1% del valore massimo teoricamente sostenibile (il cosiddetto limite di Eddington). Si tratta di una importante conferma: questa stessa percentuale è ben nota agli astrofisici per essere la soglia critica in cui avvengono i cambi
di stato nelle binarie a raggi X, sistemi costituiti da buchi neri di massa stellare.

«Il risultato più interessante è che la transizione sembra avvenire alla stessa soglia critica osservata nei buchi neri di massa stellare, suggerendo l'esistenza di un meccanismo fisico comune che opera su scale di massa estremamente diverse», commenta Emanuele Nardini (INAF Arcetri), secondo autore del lavoro.

Le osservazioni mostrano inoltre che la variazione di luminosità è avvenuta su scale temporali sorprendentemente brevi, molto più rapide di quanto previsto dai modelli
standard che descrivono i dischi di accrescimento.«Questo implica che la nostra comprensione della struttura e dell'evoluzione del gas nelle immediate prossimità dei buchi neri supermassivi sia ancora incompleta, rendendo necessario lo sviluppo di nuovi modelli teorici per spiegare simili fenomeni», afferma il professore Stefano Bianchi.

Alla ricerca hanno partecipato attivamente importanti realtà accademiche italiane ed internazionali. Tra i coautori figura Chris Done, professoressa della Durham University ed
una fra i principali esperti dell'invarianza dei processi di accrescimento. Un contributo fondamentale è stato inoltre fornito dai professori Elisabeta Lusso e Guido Risaliti
dell'Università di Firenze (UniFi), che hanno curato l'interpretazione dei risultati nel contesto delle proprietà generali della popolazione di nuclei galattici attivi.

Il prossimo obiettivo dei ricercatori sarà proseguire il monitoraggio multi-banda di ESO 511-G030. Solo così si potranno comprendere fino in fondo i meccanismi che innescano
questi rapidi cambiamenti di stato e verificare se il comportamento osservato rappresenti una caratteristica comune dei buchi neri supermassivi.

È possibile consultare il testo completo dell’articolo scientifico “Directly tracking the re-brightening of a supermassive black hole accretion disk”, pubblicato su The Astrophysical
Journal, sul sito di Link identifier #identifier__58223-1IOP