05 Mar 2018 Il Mistero dei Getti dei Buchi Neri Supermassicci
I buchi neri supermassicci che si annidano nel cuore di gran parte delle galassie vengono spesso descritti come mostri cosmici e divoratori frenetici. Ma in effetti sono invisibili: per dimostrare la loro presenza gli astronomi tipicamente devono misurare la velocità delle nubi gassose in orbita in quelle regioni estreme. I mostruosi oggetti possono rivelare la loro esistenza anche attraverso la creazione di getti potenti, che portano con sè così tanta energia da oscurare tutta la radiazione emessa dalle stelle della galassia che li ospita. Sappiamo che questi getti relativistici sono in realtà due flussi di plasma in viaggio in direzioni opposte, a velocità prossime a quella della luce. La fisica alla base di queste stupefacenti fontane cosmiche per lungo tempo è rimasta un mistero.
Ma un team di astronomi, in un nuovo studio a guida di Konstantinos Gourgouliatos e pubblicato su Nature Astronomy, ha fatto luce sui processi alla base del loro straordinario aspetto. Ciò che rende questi getti eccezionali è la loro impressionante stabilità: emergono da una regione dalla grandezza paragonabile a quella dell’orizzonte degli eventi dei buchi neri supermassicci, per poi propagarsi abbastanza lontano da fuoriuscire dalla galassia ospite mantenendo per lungo tempo la loro forma. Questo corrisponde a una lunghezza un miliardo di volte il raggio iniziale: immaginiamo una fontana d’acqua che fuoriesce da un’apertura di un centimetro e si innalza indisturbata per 10.000 km. Una volta che i getti si propagano a grandi distanze dalla loro origine, tuttavia, perdono coerenza e sviluppano strutture estese che spesso assomigliano a lobi o pennacchi. Questo indica che i getti subiscano qualche sorta di instabilità, abbastanza forte da cambiare completamente il loro aspetto. Negli anni ’70 gli astronomi hanno analizzato una vasta popolazione di getti e hanno scoperto che possono essere divisi in due classi: quelli la cui brillantezza diminuisce con la distanza dall’origine e quelli che diventano più brillanti alle estremità. In generale, quest’ultimo tipo è circa 100 volte più luminoso del primo e presenta un aspetto leggermente differente all’estremità: simile a un pennacchio piuttosto che a un flusso sottile turbolento. Perché esistano questi due tipi di getti è ancora motivo di dibattito.
Quando il materiale nel getto viene accelerato raggiunge velocità fino al 99,9 percento di quella della luce. Se un oggetto si muove così velocemente, il tempo si dilata: in altre parole, lo scorrere del tempo nel getto misurato da un osservatore esterno rallenta come previsto dalla relatività. A causa di questo ci vuole più tempo perché le varie parti del getto “comunichino” tra di loro, interagendo o influenzandosi, mentre viaggiano lontano dalla sorgente. Questo, in effetti, protegge il getto dalla distruzione. Tuttavia questa perdita di comunicazione non dura per sempre. Quando il getto viene espulso dal buco nero, si espande lateralmente. Questa espansione fa sì che cali la pressione all’interno del getto, mentre la pressione del gas attorno al getto non diminuisce così tanto. Alla fine la pressione del gas esterno surclassa quella all’interno del getto e fa sì che il flusso si contragga. A questo punto le parti del getto diventano così vicine da poter interagire nuovamente. Se alcune parti del getto sono diventate nel frattempo instabili, possono ora scambiare questa informazione e le instabilità possono diffondersi per influenzare il getto intero. Una volte che l’instabilità si diffonde attraverso il getto, diventa così catastrofica che il getto non sopravvive e dà luogo a un pennacchio turbolento. Ci sono ancora molti processi da scoprire su questi mostri giganteschi annidati al centro delle galassie. Ma a poco a poco i ricercatori stanno svelando il loro mistero, e dimostrando che il loro comportamento potrebbe essere prevedibile.
Nell’immagine la radiogalassia Centaurus A con i suoi lobi radio
Credit: ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray, CC BY-SA)
https://phys.org/news/2018-03-strange-physics-jets-supermassive-black.html
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