L'Einstein Probe scopre un raro buco nero di massa intermedia

Che cos'è un buco nero di massa intermedia?

Un buco nero di massa intermedia (IMBH) è un oggetto cosmico con una massa compresa tra 100 e 100.000 masse solari, che colma efficacemente il divario evolutivo tra i buchi neri di massa stellare e quelli supermassicci. Questi "anelli mancanti" sono significativamente più rari delle loro controparti e vengono solitamente cercati in densi ammassi stellari o nelle periferie di galassie lontane.

La scoperta di EP250702a il 2 luglio 2025, da parte della missione Einstein Probe guidata dalla Cina, rappresenta un momento fondamentale nell'astrofisica delle alte energie. Durante una routine di scansione del cielo, il Wide-field X-ray Telescope (WXT) della missione ha rilevato una sorgente di raggi X in rapida variazione che mostrava caratteristiche ben oltre gli ordinari fenomeni cosmici. Questo evento, successivamente confermato dal Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA, ha segnalato la violenta distruzione di una stella nana bianca da parte di un IMBH, un fenomeno noto come evento di distruzione mareale (TDE).

Cosa rende unico il telescopio spaziale Einstein Probe?

L'Einstein Probe è unico per la sua innovativa ottica "a occhio di aragosta", che consente al suo Wide-field X-ray Telescope di monitorare vaste aree del cielo simultaneamente con un'elevata sensibilità. Questa capacità permette il rilevamento di transienti di raggi X imprevedibili e in rapida evoluzione, fornendo le coordinate precise necessarie per osservazioni di follow-up globali attraverso molteplici lunghezze d'onda.

Lo scienziato della missione, il Professor Weimin Yuan dei National Astronomical Observatories of China (NAOC), ha sottolineato che il satellite è stato specificamente progettato per catturare questi momenti estremi. Fornendo dati in tempo reale su eventi di breve durata, l'Einstein Probe consente ai team internazionali di orientare rapidamente le risorse terrestri e spaziali. Nel caso di EP250702a, il Follow-up X-ray Telescope (FXT) ha monitorato la sorgente per 20 giorni, osservando un calo di luminosità di un fattore superiore a 100.000 mentre l'emissione passava da raggi X "duri" a "molli".

Qual è la differenza tra i buchi neri di massa intermedia e quelli supermassicci?

La differenza tra i buchi neri di massa intermedia e quelli supermassicci risiede nella loro massa totale e distribuzione galattica; gli IMBH pesano tra i 100 e i 100.000 Soli, mentre i buchi neri supermassicci superano le 100.000 fino a miliardi di masse solari. Mentre le varianti supermassicce ancorano i centri delle grandi galassie, gli IMBH si trovano spesso in posizioni decentrate o in ambienti stellari più piccoli.

L'analisi di EP250702a ha collocato l'esplosione nella periferia di una galassia lontana, piuttosto che nel suo nucleo. Questa posizione decentrata è una firma critica di un buco nero di massa intermedia, poiché i buchi neri supermassicci occupano quasi esclusivamente il pozzo gravitazionale centrale delle galassie che li ospitano. La pura luminosità del flare, che ha raggiunto un picco di circa 3 x 10^49 erg al secondo, ha ulteriormente distinto questo evento dai più comuni transienti di buchi neri di massa stellare, segnandolo come una rara eruzione ad alta energia.

La meccanica di un evento di distruzione mareale

Un evento di distruzione mareale si verifica quando una stella si avvicina troppo all'orizzonte degli eventi di un buco nero e viene lacerata dalle forze mareali. In questo specifico incontro, l'estrema densità di una nana bianca ha richiesto l'immensa attrazione gravitazionale di un IMBH per avviare il processo di frammentazione. Mentre il materiale stellare veniva attirato verso l'interno, ha formato un disco di accrescimento, generando un getto relativistico che ha prodotto gli intensi segnali di raggi gamma e raggi X osservati dai telescopi Einstein Probe e Fermi.

Le simulazioni computazionali guidate dal Dr. Jinhong Chen, un assegnista di ricerca presso la University of Hong Kong (HKU), hanno confermato questo modello. Applicando la fisica numerica ai dati osservativi, il team ha dimostrato che l'emissione di energia e le scale temporali evolutive erano altamente coerenti con una nana bianca consumata da un IMBH. Questa ricerca suggerisce che il getto risultante sia stato responsabile dell'emissione ad alta energia che ha inizialmente attivato l'allerta astronomica globale.

Ricerca collaborativa e competenza scientifica

L'interpretazione di questo raro evento è stata il risultato di un'estesa collaborazione internazionale che ha coinvolto oltre 300 scienziati di 40 istituzioni. Contributi chiave sono giunti dal Department of Physics della HKU e dall'Hong Kong Institute of Astronomy and Astrophysics. La Professoressa Lixin Dai, co-autrice corrispondente della HKU, ha osservato che il modello nana bianca-IMBH rimane la spiegazione più naturale per l'esclusivo set di dati raccolti durante la finestra di osservazione di 20 giorni.

• Responsabili scientifici: Scienziati di HKU, NAOC e del Max Planck Institute.
• Istituzioni chiave: University of Science and Technology of China, ESA e il Centre National d’Études Spatiales francese.
• Fonti dei dati: Flussi integrati da telescopi a raggi X, raggi gamma e ottici terrestri.

Implicazioni per l'astrofisica moderna

L'identificazione di un IMBH attraverso un evento di distruzione mareale fornisce prove dirette di una popolazione di buchi neri che ha a lungo eluso un rilevamento definitivo. Questa scoperta aiuta a colmare il "gap di massa" nel censimento dei buchi neri, offrendo nuove prospettive su come questi oggetti crescano da semi di massa stellare fino a diventare le mastodontiche entità di buco nero che si trovano al centro di galassie come la Via Lattea. Fornisce inoltre un laboratorio per studiare il destino finale delle stelle compatte e la fisica dei getti relativistici.

La ricerca futura si concentrerà sull'analisi della transizione dell'emissione da raggi X duri a molli, che fornisce una tabella di marcia per il processo di accrescimento. Il Professor Bing Zhang, Direttore dell'Hong Kong Institute of Astronomy and Astrophysics, ha sottolineato che questa scoperta evidenzia il valore della cooperazione internazionale nell'affrontare problemi di frontiera. Mentre l'Einstein Probe continua la sua indagine, gli astronomi si aspettano di trovare altri esempi di EP250702a, illuminando ulteriormente gli angoli oscuri e violenti dell'universo in evoluzione.