Se i primi buchi neri collassassero direttamente, potremmo rilevare i segnali radio da quei momenti?

L’universo è pieno di buchi neri supermassicci. Ce n’è uno a 30.000 anni luce di distanza nel centro della Via Lattea. La maggior parte delle galassie ha una singola galassia e alcune sono più massicce di un miliardo di stelle. Sappiamo che molti buchi neri supermassicci si sono formati nell’universo primordiale. Ad esempio, il quasar TON 618 è alimentato da un buco nero di 66 miliardi di masse solari. Con la sua luce che viaggiava per circa 11 miliardi di anni per raggiungerci, TON 618 era già enorme quando l’universo aveva pochi miliardi di anni. Quindi, come hanno fatto questi buchi neri a crescere così massicci così rapidamente?

Un’idea è che alcuni di Le prime stelle erano giganti. Con una massa di oltre 10.000 soli, una stella del genere avrebbe vita estremamente breve e presto collasserebbe in un grande buco nero. Questi primi buchi neri agiranno come semi al centro della galassia, consumando materiale vicino per crescere rapidamente di dimensioni. Alcuni di loro potrebbero persino scontrarsi e fondersi per formare un buco nero più grande. Sebbene sia un modello ragionevole, le simulazioni al computer hanno riscontrato che questo processo richiede molto tempo. Questo processo non può produrre il tipo di buchi neri che vediamo nell’universo primordiale come TON 618.

Un’immagine diretta del buco nero supermassiccio di M87. Credito: Collaborazione EHT

Un’altra idea è nota come scenario di crash diretto. In questo modello, una volta si forma un piccolo buco nero supermassiccio. Il gas denso nel mezzo della galassia primordiale si è raffreddato abbastanza da collassare sotto il suo stesso peso, formando un buco nero. Poiché questi buchi neri avranno un vantaggio sulla massa, possono crescere rapidamente nei buchi neri supermassicci che osserviamo.

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Non siamo ancora stati in grado di osservare il collasso diretto del buco nero (DCBH). Alcuni anni fa, sono stati scoperti due DCBH candidati grazie ai loro segnali a infrarossi. Ciò potrebbe essere confermato quando (forse) i telescopi spaziali James Webb verranno lanciati entro la fine dell’anno. Ma uno studio recente sostiene che potremmo osservare DCBH attraverso le sue firme radio.

Quando i buchi neri consumano attivamente la materia vicina, possono formare potenti esplosioni di plasma caldo. Questi getti emettono suoni radioattivi e sono uno dei modi in cui impariamo a conoscere i buchi neri supermassicci. I buchi neri a collasso diretto dovrebbero contenere getti simili, ma il materiale del getto sarebbe molto più denso. E poiché i DCBH si formeranno nell’universo primordiale, i loro segnali radio saranno più spostati verso il rosso. Quest’ultimo lavoro sostiene che la firma radio dei DCBH sarà simile nella struttura, ma facilmente distinguibile dai getti radio che vediamo oggi. La firma differirà anche dai getti creati dai semi neri.

Sfortunatamente, queste sorgenti radio ad alto redshift non possono essere viste dagli attuali radiotelescopi. Ma dovrebbe essere abbastanza luminoso da essere rilevato da Square Kilometer Array (SKA) e dal proposto Very Large Array (ngVLA) di prossima generazione.

Riferimento: Yue, B e A. Ferrara. “Segnali radio dai buchi neri collasso diretto precoce. ” Avvisi mensili della Royal Astronomical Society 506.4 (2021): 5606-5618.

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