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L’elefante e il topolino

La curiosità del mese di gennaio 2012 a cura di Tomaso Belloni

Vai al comunicato stampa INAF "Buco nero, dica trentatrè" - 12 dicembre 2011

Quasi vent’anni fa, è apparsa nel cielo in raggi X una nuova sorgente molto brillante, denominata GRS 1915+105.
In pochi anni, si è rilevato uno degli oggetti più peculiari conosciuti. Si tratta di un sistema binario contenente una stella normale e il buco nero stellare più massiccio conosciuto, circa 15 volte la massa del sole.
Non soltanto è stato il primo sistema di questo tipo a mostrare getti di materia a velocità prossime a quella della luce, ma è subito apparso come una sorgente "pazza".
Solitamente le osservazioni in raggi X di queste sorgenti mostrano variabilità molto veloce, sotto al secondo, ma in una tipica osservazione della durata di un’ora la loro emissione è relativamente costante se la si misura una volta al secondo.

GRS 1915+105 mostra invece comportamenti apparentemente assurdi. Se a volte si rivela tranquilla, altre volte oscilla in luminosità con grande regolarità, alternando periodi di emissione debole a oscillazioni veloci.
Durante molte osservazioni, si sono registrate oscillazioni regolari: vere e proprie "pulsazioni cardiache" a volte più veloci (ogni 40 secondi), a volte più lente (due minuti).
L’interpretazione di questo comportamento particolare vede delle oscillazioni della materia che viene strappata alla stella compagna e orbita il buco nero: parte della materia cade nel buco nero, ma parte riesce a fuggire ogni "pulsazione" e forma i getti osservati.
Perchè questo si vede solo in questa sorgente? Perchè in questa sorgente il tasso di materia che cade verso il buco nero è molto più alto che nelle altre, naturalmente in relazione alla massa del buco nero (il concetto di mangiare troppo dipende dala stazza di chi mangia: un elefante mangia normalmente molto più di un topolino).
Nel febbraio di quest’anno, è apparsa un’altra sorgente X in cielo. Niente di strano, succede spesso e poi questa era una vecchia conoscenza: la si era già vista nel 2003 e nel 2007. Dopo un’inizio convenzionale, in cui si è comportata come tutte le altre, inaspettatamente questa sorgente (dal nome ancora meno mnemonico della precedente, IGR J17091-3624) ha iniziato a comportarsi esattamente come GRS 1915+105, con due importanti differenze: si tratta di una sorgente molto più debole e le sue variazioni sono più veloci. I battiti arrivano a una pulsazione di un battito ogni due secondi.

Ci sono due motivi per cui una sorgente celeste (ma anche una non celeste) può essere più debole di un altra. O è veramente meno intensa, ovvero emette meno radiazione, oppure è più distante.
Se supponiamo che le due sorgenti siano ugualmente intense, dobbiamo concludere che la più debole sia più lontana. In questo caso la sua distanza la porterebbe addirittura a stare al di fuori della nostra galassia, cosa poco probabile.
Se invece è più debole ... come fa a comportarsi un questo modo? L’unica possibilità è che la sua massa sia inferiore: da un elefante che mangia molto a un topolino che mangia molto.
Fra un elefante e un topo c’è anche un’altra differenza, oltre il peso: il battito cardiaco del topo è molto più veloce. Esattamente come il "battito" della nuova sorgente è più veloce di quello della vecchia.
Facendo un po’ di conti si vede che per avere la sorgente nuova nella nostra galassia, il confronto con quella vecchia la porta ad avere una massa cinque volte più bassa, dell’ordine di tre volte quella del sole.
Questa nuova sorgente risulta quindi contenere il buco nero più leggero conosciuto, vicino al limite inferiore per la produzione di un buco nero di massa stellare.
Naturalmente si tratta di una misura molto indiretta, ma è curioso che il più pesante e il più leggero siano proprio quelli che si comportano in modo diverso.
Il confronto fra i due sistemi (GRS 1915+105 dopo vent’anni è ancora là e non si è ancora spento, contrariamente alle previsioni, e IGR J17091-3624 non accenna a spegnersi per niente) potrà fornirci ancora più informazioni sia sulle loro peculiarità sia sul funzionamento del meccanismo che produce la radiazione dalla materia intorno a un buco nero e sulla produzione dei getti.

Per saperne di più

Il più piccolo mai scoperto? - Buco nero, dica trentatré da Media Inaf.
NASA's RXTE Detects 'Heartbeat' of Smallest Black Hole Candidate dalla NASA (in inglese con animazione).
RXTE Detects "Heartbeat" Of Smallest Black Hole Candidate su Goddard Multimedia del Goddard Space Flight Center (in inglese).
Smallest black hole just a heartbeat su Astronomy Now Online (in inglese).