Domenica 03 Febbraio 2019 17:14
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Echi di luce da un buco nero

(Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)

Un intensissimo bagliore rilevato da due strumenti a bordo della Stazione spaziale internazionale ha aiutato a comprendere come materia e energia sono espulsi da questo oggetto astronomico estremo. La scoperta ha segnato un punto importante a favore di un modello in cui la corona di un buco nero ha una struttura a forma di lampadina invece di una nuvola diffusa di Clara Moskowitz/Scientific American

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Noi tendiamo a pensare che i buchi neri divorino tutta la materia che li circonda, ma in realtà possono anche rigettarla. E a volte sembrano impazzire.

Gli astronomi di recente hanno individuato un buco nero, a quasi 10.000 anni luce dalla Terra, che ha mostrato un’enorme emissione di luce a raggi X. Le misurazioni di queste bizze del buco nero hanno dato agli scienziati una delle immagini più chiare di quello che accade quando i buchi neri eruttano con energia. “Una delle nostre grandi domande è come si passi dal processo in cui del materiale fluisce nel buco nero a quello in cui fluisce verso l’esterno”, dice l’astronoma Erin Kara dell’Università del Maryland a College Park, autrice di un articolo
pubblicato su “Nature”.

“Sappiamo che questo sta accadendo, ma non ne capiamo i dettagli”. Kara ha presentato la scoperta la scorsa settimana alla riunione annuale della American Astronomical Society a Seattle.


(Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)L’emissione è iniziata l’11 marzo 2018 e ha rapidamente trasformato un buco nero invisibile ai telescopi in uno degli oggetti più luminosi (nello spettro a raggi X) di tutto il cielo. L’oggetto, chiamato MAXI J1820+070, è stato individuato per la prima volta dall’esperimento Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI) sulla Stazione spaziale internazionale. Nei mesi successivi un altro osservatorio sulla stazione, il Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), ha monitorato il bagliore con osservazioni quasi quotidiane.

Gli astronomi non solo hanno misurato il buco nero estremamente luminoso in quel periodo, ma hanno anche osservato quelli che hanno chiamato “echi di luce”: lo scarto temporale tra la luce a raggi X proveniente da due diverse aree intorno al buco nero. Alcune luci provenivano direttamente
da una regione chiamata corona, fatta di elettroni e altre particelle cariche che si avvicinano al buco nero.

Più lontano e perpendicolarmente alla corona, c’è il “disco di accrescimento”, una ciambella di gas che gira attorno al buco nero e vi cade dentro. Un’altra luce in uscita dalla corona rimbalza da questo disco, arrivando poi ai rivelatori NICER. Mentre NICER osservava l’emissione, lo scarto temporale tra gli echi diventava sempre più breve, indicando che la distanza tra il disco e la corona si riduceva.

Poiché gli scienziati avevano prove che i confini del disco non stavano cambiando, hanno concluso che la corona stessa doveva diventare sempre più corta e che quindi la luce non doveva viaggiare molto per raggiungere il disco.

“Finora è la rilevazione più chiara di questi echi di luce emessi dal gas che cade in un buco nero di massa stellare nella nostra galassia”, dice Dan Wilkins, astrofisico alla Stanford University che non ha partecipato allo studio. “Essere in grado di rilevare un cambiamento nei ritardi temporali tra gli echi nel corso dell’emissione significa che possiamo iniziare a capire quello che accade attorno a un buco nero”.

Concentrarsi sulla corona è particolarmente utile perché gli scienziati ritengono che probabilmente questa regione sia la fonte da cui sono emessi potenti fasci di particelle e di luce, chiamati getti relativistici. Questi getti viaggiano a una velocità prossima a quella della luce e possono essere individuati in buchi neri sparsi per l’universo.

“Dal mio punto di vista, il bello di questo articolo è che possiamo davvero ‘vedere’ la corona che si riduce durante l’evoluzione dell’emissione”, dice Stephen Eikenberry dell’Università della Florida e coautore del nuovo articolo. “Non sono a conoscenza di alcuna previsione teorica per questo ‘restringimento’ né di alcuna osservazione precedente, quindi il risultato richiederà una revisione delle teorie sulla formazione dei getti”.



Illustrazione del modo in cui i raggi X provenienti dalla corona del buco nero (blu) generano gli echi di luce rimbalzando sul disco di accrescimento (arancione). (Cortesia Goddard Space Flight Center / NASA)Il buco nero esaminato nello studio ha una massa circa dieci volte quella del Sole. Le nuove osservazioni dovrebbero aiutare gli astronomi a comprendere non solo i buchi neri di dimensioni stellari come questo, ma anche i giganteschi buchi neri “supermassicci” che si trovano al centro delle galassie e hanno masse milioni di volte più grandi. “Questi sistemi di massa stellare sono un buon analogo dei buchi neri supermassicci”, dice Kara. “Hanno componenti simili, ma vediamo emissioni di diverse settimane e mesi, mentre nel caso dei buchi neri supermassicci durano anni”.

Le nuove scoperte corroborano una teoria sul modo in cui sono strutturate le corone dei buchi neri supermassicci, il cosiddetto “modello a lampione”, secondo cui le corone hanno una forma a lampadina sopra e sotto il buco nero, invece di una nuvola diffusa. “Queste nuove osservazioni sono in linea con il modello a lampione”, dice Wilkins. “Infatti, abbiamo osservato un comportamento molto simile durante le emissioni dei buchi neri supermassicci, vedendo un cambiamento nelle dimensioni della corona”.

Gli astronomi sperano che in futuro NICER, lanciato nel giugno 2017, e altri nuovi osservatori possano rilevare molte altre emissioni e contribuire a colmare i dettagli mancanti del processo. “È un momento davvero emozionante”, dice Joey Neilsen, fisico alla Villanova University e coautore dell’articolo. Stiamo arrivando a un punto in cui le osservazioni sono effettivamente in anticipo rispetto alla teoria. Le nuove missioni ci permettono di vedere cose a cui non avevamo necessariamente pensato prima”.

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(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su "Scientific American" l’11 gennaio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

Ultimo aggiornamento Domenica 03 Febbraio 2019 17:22