I jet dei buchi neri si accendono al 2% dell’alimentazione massima, indipendentemente dalla dimensione

Qualcosa si accende all’interno di un buco nero quando il suo tasso di alimentazione scende esattamente al 2% del massimo. In quella frazione precisa — identica sia che il buco nero abbia dieci volte la massa del Sole o sia un miliardo di volte più pesante — un getto di plasma si accende e inizia ad accelerare verso la velocità della luce.

Per decenni, gli astronomi hanno osservato questi getti squarciare le galassie senza capire cosa li lanciasse. I getti sono tra i fenomeni più energetici dell’universo, estendendosi per milioni di anni luce e trasportando energia sufficiente a rimodellare le nubi di gas da cui si formano nuove stelle. L’innesco era sconosciuto. Uno studio su Nature Astronomy, che analizza venti eventi in cui le stelle sono state fatte a pezzi e consumate dai buchi neri, lo ha trovato.

La risposta è il 2% del limite di Eddington — il tasso di alimentazione teorico al quale la pressione di radiazione verso l’esterno di un buco nero bilancia esattamente la sua attrazione gravitazionale verso l’interno. Quando il tasso di accrescimento scende al di sotto di quella soglia, il getto si attiva. Ogni volta. A ogni scala.

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Come hanno trovato l’innesco

La dottoressa Adelle Goodwin dell’International Centre for Radio Astronomy Research della Curtin University e il dottor Andrew Mummery dell’Institute for Advanced Study di Princeton hanno trascorso anni a raccogliere osservazioni di eventi di interruzione mareale — i rari e violenti accadimenti in cui una stella si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio e viene fatta a pezzi dalle maree gravitazionali. L’evento comprime quello che normalmente sarebbero milioni di anni di alimentazione del buco nero in un’esplosione che dura da mesi ad anni.

Questa compressione è ciò che rende gli eventi di interruzione mareale un laboratorio così preciso. Invece di aspettare un normale episodio di alimentazione in un nucleo galattico attivo — che può persistere per milioni di anni — i ricercatori possono osservare un intero ciclo di accrescimento dall’inizio alla fine. Il team ha raccolto osservazioni ottiche, ultraviolette, a raggi X e radio da telescopi in quattro continenti e nello spazio, monitorando il tasso di alimentazione mentre ogni buco nero consumava la stella distrutta.

Dei venti eventi nel loro campione, dieci avevano una qualità dei dati sufficiente per misurare il tasso di accrescimento nel momento in cui appariva un getto. In ogni caso, la misurazione cadeva al 2% del limite di Eddington o molto vicino. I buchi neri spaziavano su dodici ordini di grandezza in massa — da poche masse stellari a centinaia di milioni di masse solari — eppure la soglia reggeva in ogni istanza.

La regola del 2% e il limite di Eddington

Il limite di Eddington, che prende il nome dall’astrofisico britannico Arthur Eddington, descrive il tasso di alimentazione al quale la pressione di radiazione sulla materia in caduta bilancia esattamente la gravità. Al di sopra del tasso di Eddington, la radiazione in uscita spazza via la riserva di combustibile; al di sotto, la materia cade verso l’interno più liberamente. Per i buchi neri che si accrescono a tassi molto elevati, la fisica è dominata dalla radiazione; a tassi bassi, la geometria del disco di accrescimento stesso cambia.

La cifra del 2% si colloca in un regime noto come stato duro, dove il disco di accrescimento passa da una struttura geometricamente sottile e otticamente spessa a una geometria più gonfia, più calda e meno efficiente. Questa transizione strutturale era già nota dagli studi sulle binarie a raggi X — piccoli sistemi in cui un buco nero di massa stellare si nutre da una stella compagna — ma se innescasse i getti allo stesso modo nei sistemi supermassicci non era stato verificato.

Il nuovo risultato dice sì. Il meccanismo che lancia i getti non risponde alla massa assoluta del buco nero. Risponde solo al rapporto tra tasso di accrescimento e limite di Eddington. Un buco nero di massa stellare che si nutre al 2% del suo tasso di Eddington e un buco nero supermassiccio che fa lo stesso producono getti tramite fisica identica, separati da dodici ordini di grandezza in scala fisica. L’universalità suggerisce che la fisica dei getti è fondamentalmente invariante di scala — governata da rapporti adimensionali piuttosto che da quantità assolute.

Cosa non spiega

Dieci eventi sono un campione statistico piccolo, e i ricercatori sono cauti sui limiti della loro conclusione. Il tasso di accrescimento durante un evento di interruzione mareale non è direttamente misurabile — è stimato dalla luminosità ottica, ultravioletta e a raggi X dell’evento, il che introduce incertezze. La conversione dalla luminosità osservata al tasso di alimentazione effettivo dipende da modelli di emissione del disco che sono ancora dibattuti.

Più fondamentalmente, sapere quando il getto si accende non è la stessa cosa che sapere come. La soglia del 2% identifica il punto di innesco con precisione, ma il meccanismo fisico che converte la materia in caduta in un getto relativistico in quel momento esatto rimane un problema aperto. I candidati principali coinvolgono la struttura del campo magnetico del disco e la rotazione del buco nero — il meccanismo di Blandford–Znajek — ma i nuovi dati non possono distinguere tra modelli concorrenti.

C’è anche la questione dei getti che non si accendono. Non ogni evento di interruzione mareale produce un getto anche quando i tassi di accrescimento superano la soglia del 2%. La geometria dell’asse di rotazione del buco nero e la configurazione del flusso magnetico vicino all’orizzonte degli eventi possono determinare se un getto si forma effettivamente, o se l’energia viene dissipata con altri mezzi.

Il momento a Madrid

La svolta non è emersa da un computer in Australia o nel New Jersey. È successo in un bar vicino al sito di una conferenza a Madrid, dove Goodwin e Mummery hanno confrontato appunti davanti a un drink. Avevano ciascuno analizzato i dati di interruzione mareale in modo indipendente e si sono resi conto, guardando i numeri insieme, che la soglia corrispondeva in ogni evento in entrambi i loro campioni.

Il team è poi tornato indietro e ha confermato il risultato sistematicamente contro il set di dati completo. Mummery ha descritto il risultato: “Questi buchi neri sono separati da enormi differenze di massa, ma sembrano accendere i loro getti nello stesso punto del loro processo di alimentazione.”

Il risultato impone un nuovo vincolo stretto alle teorie della formazione dei getti relativistici. I modelli teorici che non possono riprodurre un innesco universale al 2% attraverso tutte le masse dei buchi neri sono ora in tensione con i dati.

Domande comuni sui getti dei buchi neri

Cos’è un evento di interruzione mareale?

Un evento di interruzione mareale si verifica quando una stella passa abbastanza vicino a un buco nero che le forze di marea gravitazionali — più forti sul lato vicino della stella che su quello lontano — superano l’autogravità della stella stessa e la fanno a pezzi. Il materiale stellare distrutto forma un disco di accrescimento e viene consumato in un periodo che va da mesi ad anni. Questi eventi sono rilevabili in tutto l’universo osservabile come lampi transitori luminosi.

Cos’è il limite di Eddington?

Il limite di Eddington è il tasso di alimentazione al quale la pressione di radiazione verso l’esterno del materiale in accrescimento bilancia esattamente la forza gravitazionale verso l’interno. Per un buco nero di dieci masse solari, il tasso di Eddington è circa un centesimo di massa solare all’anno; per un buco nero supermassiccio di un miliardo di masse solari, è circa dieci masse solari all’anno. La soglia del 2% in questo studio è il 2% di qualunque tasso di Eddington si applichi a un dato buco nero.

Perché la soglia del getto è importante per l’evoluzione delle galassie?

I getti dei buchi neri supermassicci sono uno dei meccanismi primari con cui i buchi neri regolano la formazione stellare nelle loro galassie ospiti. Quando un getto si accende, inietta energia nel gas circostante, riscaldandolo e sopprimendo la formazione di nuove stelle. Capire esattamente quando i getti si accendono — e cosa controlla quell’interruttore — è essenziale per modelli accurati di come le galassie si evolvono nel tempo cosmico. La regola del 2% dà ai teorici un vincolo preciso e basato sull’osservazione su cui lavorare.

Come metteranno alla prova questo i futuri telescopi?

Il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA è progettato in parte per rilevare migliaia di eventi di interruzione mareale nel suo rilevamento a campo ampio, estendendo enormemente l’attuale campione di dieci eventi affidabili. Il team intende determinare se lo spin del buco nero, il tipo di galassia ospite o la configurazione del campo magnetico al momento dell’interruzione modifichino la soglia — o se il 2% si riveli genuinamente universale nell’intera popolazione di buchi neri.

Il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, lanciato alla fine di agosto 2026 e ora con abbastanza carburante per almeno 22 anni di operazioni, dovrebbe rilevare migliaia di eventi di interruzione mareale nei suoi primi anni di rilevamento a campo ampio — estendendo enormemente l’attuale campione di dieci eventi affidabili. Se il 2% si rivelerà universale in quella popolazione più ampia, o se si romperà per i buchi neri agli estremi di massa e spin, determinerà se questo numero entrerà nei libri di testo come costante fondamentale della fisica dei getti o rimarrà un’approssimazione valida per una particolare classe di eventi di alimentazione.

L’articolo è stato guidato da Goodwin e Mummery, con co-ricercatori provenienti da osservatori in Australia, Stati Uniti, India, Sudafrica e Regno Unito.

Riferimento: Goodwin, Mummery et al., “A universal critical accretion rate for black hole jet formation,” Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02951-1

Tag: black holes, Nature Astronomy, Curtin University, Eddington limit, relativistic jets, tidal disruption event

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