Buchi neri supermassici e materia oscura

Supermassive by Xerces

I buchi neri supermassicci sono la versione cicciotta degli usuali buchi neri. La loro massa è dell'ordine di centinaia di migliaia di miliardi di masse solari e gli astronomi pensano che si trovino nel centro di quasi tutte le galassie ellittiche. In termini tecnici, però, questo centro, che in effetti è una sorta di arrotondamento, come quando una pallina è nascosta sotto una tovaglia che copre un tavolo, viene detto bulge, termine che in italiano può essere reso come rigonfiamento.
Torniamo, però, ai nostri buchi neri: la loro presenza, in particolare quella dei supermassicci, ha suggerito una coevoluzione tra buchi neri e galassie, in particolare con i bulge, i centri galattici (vedi, ad esempio, Coevolution of black holes and galaxies, curato da Luis Ho). Laura Ferrarese nel 2002 e Maarten Baes et al. nel 2003 proposero una correlazione simile anche tra i buchi neri supermassici e l'alone di materia oscura che circonda le galassie. Però, nell'articolo di recente pubblicazione su Nature che tratterò in questo post, si afferma che buchi neri supermassici e alone di materia oscura non sono correlati. I suoi autori sono John Kormendy e Ralf Bender, astronomi statunitensi (ne ha scritto anche Corrado).
I due arrivano al loro risultato studiando la correlazione tra V_circ, la velocità di rotazione circolare del gas galattico, e σ, la velocità di dispersione. L'ipotesi di partenza è dunque:

Se la materia oscura controlla la crescita del buco nero e il centro è essenzialmente irrilevante, allora V_circ dovrebbe essere fortemente correlato con σ anche nelle galassie che non hanno bulge.

Nella prima figura è evidente la non-correlazione tra V_circ e σ:

Nella figura, a quanto sembra, i pallini rossi e verdi rappresentano le galassie senza bulge, e come possiamo vedere non presentano alcuna correlazione. Il campione esaminato è stato costruito usando galassie con e senza bulge, evidentemente.
I punti neri, invece, presentano una forte correlazione: Kormendy and Bender suggeriscono che questa correlazione è il risultato della così detta cospirazione tra barioni e materia oscura (vedi Dark matter in spiral galaxies - pdf - e Dark Matter in the Universe), una strana e non ben definita interazione tra questi due tipi di materia.
Per supportare questa idea c'è la prima delle figure supplementari:

I grafici qui sopra si riferiscono a due galassie del campione e possiamo vedere che il principale contributo alla V_circ proviene dal bulge e dal disco per la parte interna, e dalla materia oscura per la parte esterna.
Un'altra evidenza della non-correlazione discussa nell'articolo è la predizione dell'esistenza di buchi neri di grandissima massa, dell'ordine delle 7 · 10¹¹ masse solari, che sono impossibili a nascondersi in ammassi ben studiati come quello della Chioma.
Quindi:

Concludiamo che i buchi neri non correlano casualmente con gli aloni di materia oscura. Non c'è ragione per aspettarsi che la sconosciuta ed esotica fisica della materia oscura non-barionica influenzi direttalente la crescita del buco nero. Anche la gravità della materia oscura non è direttamente responsabile per la coevoluzione di buco nero e galassia. Piuttosto, la coevoluzione sembra essere tanto semplice quando potrebbe essere. I buchi neri coevolvono solo con classici bulge e galassie ellittiche.

E' anche disponibile il preprint.

Kormendy, J., & Bender, R. (2011). Supermassive black holes do not correlate with dark matter haloes of galaxies Nature, 469 (7330), 377-380 DOI: 10.1038/nature09695