Getti dei Buchi Neri come Trottole

16 Gen 2018 Getti dei Buchi Neri come Trottole

Grazie a simulazioni effettuate con supercomputer gli scienziati hanno scoperto nuovi indizi su uno dei fenomeni più misteriosi dell’astronomia moderna: il comportamento dei getti relativistici espulsi dalle regioni circostanti i buchi neri, getti che possono estendersi per milioni di anni luce.

I buchi neri sono famosi per essere frenetici divoratori di materia, ma non ingurgitano tutto ciò che cade verso di loro: una piccola porzione di materiale viene espulso sotto forma di potenti getti di plasma caldo, che possono gettare scompiglio nell’ambiente circostante. Lungo il percorso questo plasma in qualche modo si energizza abbastanza da irradiare fortemente luce, formando due colonne brillanti lungo l’asse di rotazione del buco nero. Simulazioni avanzate realizzate con uno dei supercomputer più potenti del mondo dimostrano che i flussi dei getti cambiano gradualmente direzione in cielo, come risultato della deformazione del tessuto spaziotemporale nei pressi del buco nero in rotazione. Questo comportamento è in linea con le previsioni della Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein relative alla gravità straordinaria presente in questa regione estrema.

“Comprendere come i buchi neri rotanti trascinino lo spaziotempo attorno a loro e come questo processo influenzi ciò che osserviamo coi telescopi rimane un mistero fondamentale, difficile da risolvere”, ha detto Alexander Tchekhovskoy della Northwestern University. “Fortunatamente i progressi nello sviluppo dei codici e nell’architettura dei supercomputer ci stanno portando più vicino a rispondere alla domanda”. Lo studio è stato pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

I buchi neri in rapida rotazione non soltanto divorano materia, ma emettono anche energia sotto forma di getti relativistici. In modo simile a come l’acqua in un lavabo forma un vortice man mano che scende verso il basso, il gas e i campi magnetici che alimentano un buco nero supermassiccio vorticano fino a formare un disco rotante, un groviglio di linee di campo magnetico come spaghetti in un brodo di gas caldo. Mentre il buco nero consuma la sua zuppa astrofisica, inghiotte il brodo ma lascia che gli “spaghetti magnetici” penzolino fuori dalle sue fauci. Questo trasforma il buco nero in una sorta di rampa di lancio da cui l’energia, sotto forma di getti relativistici, viene sparata verso l’esterno dalla rete di spaghetti magnetici intrecciati.

Questo studio permette agli astronomi di capire con che rapidità cambi la direzione del getto, cosa che rivela informazioni sulla rotazione del buco nero così come sull’orientamento e sulla dimensione del disco in rotazione, nonchè su altre proprietà difficili da misurare relative all’accrescimento del buco nero. Anche se quasi tutte le simulazioni precedenti avevano preso in considerazione dischi allineati, in realtà si ritiene che i buchi neri supermassicci centrali di gran parte delle galassie ospitino dischi inclinati: il disco ruota attorno ad un asse diverso da quello del buco nero stesso.

Lo studio conferma che, se inclinato, il disco cambia direzione relativamente al buco nero, compiendo un movimento di precessione simile a quello di una trottola. Per la prima volta le simulazioni hanno dimostrato che dischi inclinati di questo genere portano alla formazione di getti che cambiano periodicamente la loro direzione nello spazio. Dal momento che l’accrescimento in un buco nero è un sistema altamente complesso e localizzato così lontano che non possiamo distinguere molti dettagli, simulazioni così potenti offrono un modo potente per dar senso alle osservazioni dei telescopi e comprendere più a fondo il comportamento dei buchi neri.

Inoltre la precessione dei getti potrebbe spiegare le fluttuazioni nell’intensità della radiazione elettromagnetica in banda X emessa dai dintorni del buco nero, chiamate oscillazioni quasi periodiche (quasi-periodic oscillations, QPO). Simili oscillazioni possono avvenire in modo simile a quello in cui il fascio di un faro in rotazione aumenta d’intensità quando passa di fronte all’osservatore.
[ Barbara Bubbi ]

https://phys.org/news/2018-01-black-hole-breakthrough-insight-mysterious.html

Credit: Northwestern University

L’immagine composita della galassia 4C+29.30 mostra come l’intensa gravità di un buco nero supermassiccio possa generare un’immensa potenza. I dati nei raggi X dell’osservatorio Chandra sono in blu, quelli in luce ottica del telescopio Hubble sono in color oro, mentre le osservazioni in banda radio del Very Large Array sono mostrate in rosa.
Image Credit: NASA

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