Il telescopio XRISM ha osservato i raggi X delle regioni più interne del disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio

Lo studio dei buchi neri è affascinante. Diversi telescopi e altri strumenti scientifici (compresi gli interferometri per rilevare onde gravitazionali) stanno cercando di catturare il maggior numero di dati per riuscire a comprendere le dinamiche che li governano e capire come lo spazio e il tempo si modifichino nelle regioni più interne ed estreme. Una delle ultime novità arriva dal telescopio spaziale JAXA XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), una missione congiunta giappenese-statunitense, che ha potuto rilevare le emissioni di raggi X delle regioni più interne del disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio.

L'obiettivo di JAXA XRISM era il grande buco nero al centro della galassia chiamata MCG–6-30-15 che si trova a 120,7 milioni di anni luce dalla Terra, nella costellazione del Centauro. Per avere una raccolta di dati più completa, a questo telescopio si sono aggiunti anche ESA XMM-Newton e NASA NuSTAR e le informazioni sono state inserite nello studio dal titolo A Sharper View of the X-Ray Spectrum of MCG–6-30-15 with XRISM, XMM-Newton, and NuSTAR.

I buchi neri permettono di effettuare prove dirette sulla teoria della relatività generale di Einstein, secondo la quale l'emissione elettromagnetica che si origina vicino a un buco nero subisce l'influenza della gravità di quest'ultimo considerando che avviene una distorsione dello spaziotempo che modifica anche le lunghezze d'onda.

Il telescopio XRISM e l'analisi del buco nero

In questo caso i ricercatori si sono concentrati sulla misurazione dello spettro dei raggi X che si originano nella zona più interna del disco di accrescimento, vicino all'orizzonte degli eventi. In particolare è stato impiegato lo spettrometro di XRISM consentendo di rilevare gli effetti relativistici causati dalla forte gravità del buco nero facendo anche ipotizzare che quest'ultimo sia in rapida rotazione.

I raggi X sono originati da atomi di ferro con un'emissione caratteristica conosciuta come Fe Kα. L'analisi spettrografica mostra delle linee di emissione strette che sono associabili alla riflessione dei raggi X nelle regioni più lontane dal buco nero, mentre le linee di assorbimento sono collegabili ai forti venti generati dal disco di accrescimento.

L'osservazione di regioni così caotiche, dove l'emissione si modifica a causa dell'alterazione del tessuto spaziotemporale non permetteva di distinguere in maniera chiara ciò che era legato al buco nero supermassiccio (in particolare nelle regioni interne del disco di accrescimento) rispetto a porzioni più distanti. Per questo è stata necessaria l'elevata risoluzione di XRISM. Sono state anche rilevate cinque zone differenti (una zona con polveri e quattro zone con gas) per il vento che fuoriesce dalle parti più interne a una velocità che tocca i 20 mila km/s.

A spiegarlo è Laura Brenneman (dell'Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics) che indica come "i buchi neri hanno solo due proprietà: massa e spin. Possiamo stimare le loro masse con diversi mezzi, ma misurare la loro rotazione è molto più difficile e richiede la raccolta di dati dal gas che orbita intorno al buco nero immediatamente al di fuori dell'orizzonte degli eventi. Per i buchi neri supermassicci nei nuclei galattici attivi, questo è ideale ottenere spettri a raggi X con un alto rapporto segnale-rumore e risoluzione spettrale".

I dati di XRISM sono utili anche allo studio della corona di un buco nero supermassiccio, una zona che si estende sopra e sotto il disco di accrescimento e che ha una temperatura elevatissima portando alla produzione di una grande quantità di raggi X. I buchi neri sono fondamentali per capire l'evoluzione galattica e possibili fusioni tra galassie modellando l'Universo per questo il loro studio è così importante.