Una stella sfortunata ci insegna la relatività

Il segnale “spia”, chiamato generalmente “Oscillazione Quasi-Periodica” (QPO), è una caratteristica del disco di accrescimento che spesso circonda gli oggetti più compatti dell’Universo (nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri). Queste QPO sono state osservate in molti buchi neri stellari e forse in oggetti che potrebbero essere buchi neri di massa intermedia, tra 100 e 100 000 volte la massa solare, ma una sola volta in un buco nero supermassiccio galattico. L’oggetto in questione è la galassia di tipo Seyfert REJ 1034+396, abbastanza vicino a noi dato che la sua luce ci ha raggiunto dopo “soltanto” 576 milioni di anni.

L’ultima scoperta allarga di molto la possibilità di studiare zone prossime ai confini di buchi neri anche per oggetti ben più antichi, la cui luce ha impiegato miliardi di anni per giungere a noi. Ciò permette di capire meglio la natura dei buchi neri “antichi” e di “testare” la teoria della relatività in un periodo di tempo in cui l’Universo era sicuramente molto diverso da quello odierno. Il segnale QPO è stato ricevuto utilizzano i telescopi orbitanti Suzaku e XMM-Newton X-ray.

La relativa sorgente X è conosciuta come Swift J1644+57 e fu scoperta il 28 marzo del 2011 dal satellite Swift. Originariamente era stato considerato un “normale” Gamma-Ray Burst (GRB), ma il suo affievolimento graduale non combaciava con niente che fosse già stato osservato in precedenza. Gli astronomi capirono subito che stavano osservando qualcosa di straordinario, probabilmente il risveglio di un buco nero supermassiccio al centro di una lontana galassia, nel momento che si cibava di una stella di passaggio. La luce della galassia ha impiegato ben 3.9 miliardi di anni per giungere sulla Terra.

La stella che si è avvicinata pericolosamente al buco nero ha subito la marea terrificante del mostruoso oggetto supermassiccio e compatto ed è stata letteralmente disintegrata. Una parte  del suo gas è caduta velocemente verso il buco nero formando un disco attorno a lui. La parte più interna si è rapidamente riscaldata fino a raggiungere temperature di milioni di gradi, abbastanza elevate per emettere raggi X. Nello stesso momento, attraverso processi non ancora compresi completamente, due getti opposti, perpendicolari al disco, si sono scaraventati verso lo spazio. Essi trasportano materia che può raggiungere velocità superiori al 90% di quella della luce. Uno di questi getti ha puntato, fortunatamente, proprio verso la Terra. Nove giorni dopo l’esplosione gamma, l’oggetto è stato osservato con Suzaku nell’X e qualche giorno dopo da XMM per un periodo piuttosto lungo. (Vedi il bellissimo filmato).

La fortuna dovuta alla direzione favorevole del getto (verso di noi) e alla sua enorme velocità relativistica ha permesso di analizzare un segnale che sarebbe stato impossibile rivelare in altro modo.

Come si origina esattamente la QPO di questa straordinaria galassia? Il gas caldo nella parte più interna del disco di accrescimento spiraleggia verso il buco nero e raggiunge un punto che gli astronomi chiamano Innermost Stable Circular Orbit (ISCO). Qualsiasi cosa si avvicini ulteriormente al buco nero giungerebbe all’orizzonte degli eventi, punto di non-ritorno.  Il gas che sta cadendo tende ad accumularsi intorno all’ISCO, dove la temperatura sale sempre più ed emette raggi X. La loro luminosità varia in modo quasi  periodico dato che è legata alla rapidissima rotazione del buco nero e crea proprio la QPO. Intanto, però, piano piano, il gas alla fine scivola all’interno dell’orizzonte degli eventi e il segnale tende a smorzarsi col tempo. E’ come se avessimo una specie di bilancia che ci descrive il pasto del gigante.

I dati indicano che la QPO di Swift J1644+57 ha un periodo di circa 3.5 minuti, che piazza il suo punto di origine tra 4 e 9 milioni di chilometri dal centro del buco nero (la distanza reale dipende dalla velocità di rotazione dell’oggetto super massiccio). In altre parole, la distanza della sorgente del QPO e l’orizzonte degli eventi si aggira intorno a sei diametri solari. Potrebbe, però, essere anche più piccola dato che tende a zero per la massima velocità teorica di rotazione.

La QPO manda informazioni relative al bordo effettivo di un buco nero, dove gli effetti della teoria della relatività diventano evidentissimi. E’ come se avessimo un telescopio che ci permettesse di guardare cosa succede sull’orlo dell’abisso gravitazionale più spaventoso dell’Universo e, nel contempo, studiare tutte le più estreme conseguenze della relatività in una fase evolutiva dell’Universo diversa dalla nostra.

Una via sicuramente da seguire! Stiamo in campana…