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Come vengono i buchi neri ’svegliare’

[Sotto il post in Italiano]

Data from Swift satellite has helped finding the solution to a mystery that puzzled astronomers for decades: why do only about 1% of supermassive black holes in the center of galaxies emit large amount of energy?

Here is some background: A black hole, defined accordingly to Einstein’s theory of general relativity, is a region of space from which nothing can escape, not even light. A black hole is the result of the death of a massive star, which ended up being compressed so tightly that it deformed spacetime and created an extremely strong gravitational field. As gas and matter fall in the gravitational well of the black hole, a disc-like structure is created. The gas in the inner regions becomes so hot that emits vast amounts of radiation (mostly X-rays), which can be detected by telescopes.

A supermassive black hole is the largest type of black hole in a galaxy, and its mass can vary from hundreds of thousands to billions times the mass of the Sun. Astronomers have found evidence of supermassive black holes in the center of galaxies. One of them, with more then 4 million solar masses, being at the center of our own Milky Way galaxy.

Hope you are still there. Now back to the original question. Why only a tiny percentage of supermassive black holes emit a lot of energy? The answer, as it turned out, is that such black holes “turn on” this vast release of energy when their respective galaxies collide. A demonstration of the phenomena can be seen in the computer simulation video below, showing the collision of two spiral galaxies with supermassive black holes at their respective centers.

As explained in this page from the Carnegie Mellon University, “when the galaxies and their black holes collide a quasar is ignited which expels most of the gas in a strong wind”. What’s left is a new galaxy with little gas and a large supermassive black hole.

So, when galaxies are colliding, their central supermassive black holes are ignited and emit large amounts of radiation.  And since only a small percentage of the galaxies observed are colliding, only a small percentage of the central supermassive black holes emits a lot of energy.

This blog post from Universe Today has more details and insights about the study.

Dati dal satellite Swift hanno aiutato a trovare la soluzione ad un mistero che ha perseguitato gli astronomi per decenni: perché solo l’1% di buchi neri supermassicci al centro delle galassie emettono grandi quantità di energia?

Prima della risposta, un po di definizioni: un buco nero, definito in base alla teoria della relatività generale di Einstein, è una regione di spazio da cui nulla può sfuggire, nemmeno la luce. Un buco nero è il risultato della morte di una stella massiccia, che ha finito per essere compressa in modo così stretto da deformare lo spazio-tempo attorno ed a creare un campo gravitazionale estremamente forte. Io lo immagino come un pozzo o un ripido imbuto gravitazionale. Quando gas e materia cadono nel buco nero, si viene a creare una struttura a forma di disco. Il gas nelle regioni interiori diventa così caldo che vengono emesse grandi quantità di radiazioni (per lo più i raggi X), che possono essere catturate da telescopi.

Un buco nero supermassiccio è il più grande tipo di buco nero presente in una galassia, e la sua massa può variare da centinaia di migliaia a miliardi di volte la massa del Sole. Gli astronomi hanno trovato prove di buchi neri supermassicci al centro delle galassie. Uno di loro, con più di 4 milioni di masse solari, si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea. L’energia che emettono può ovviamente essere immensamente più grande della quantità di energia emessa da un buco nero “regolare”.

Spero che siate ancora lì. Ora, tornando alla domanda iniziale. Perché solo una piccola percentuale di buchi neri supermassicci emettono una quantità grande di energia? La risposta, come si è scoperto, è che questi buchi neri “si accendono” quando le rispettive galassie si scontrano. Una dimostrazione del fenomeno si può vedere nella simulazione video sopra, che mostra la collisione di due galassie spirali con buchi neri supermassicci situati nei loro rispettivi centri.

Come spiegato in questa pagina della Carnegie Mellon University, “quando le galassie ed i loro buchi neri si scontrano, si crea un quasar che espelle la maggior parte del gas in un forte vento”. Quello che rimane è una nuova galassia con poco gas ed un grande buco nero supermassiccio.

Quindi, quando le galassie collidono, i loro buchi neri supermassicci si accendono ed emettono grandi quantità di radiazioni. E dal momento che solo una piccola percentuale delle galassie osservate sono in processo di collisione, di conseguenza solo una piccola percentuale di buchi supermassicci neri emette molta energia.

Questo post sul blog di Universe Today da maggiori dettagli ed approfondimenti sullo studio effettuato.