07 Lug 2019 La Storia dei Buchi Neri Giganti Primordiali
In un nuovo studio pubblicato su Astrophysical Journal Letters, gli astrofisici della Western University riferiscono la scoperta di nuove evidenze della nascita per “collasso diretto” di massicci buchi neri, durante la formazione delle galassie primordiali. Tali oggetti estremi potrebbero rivelarsi la soluzione di un mistero astrofisico di lunga data: come hanno fatto a formarsi buchi neri colossali agli albori del cosmo?
Shantanu Basu e Arpan Das hanno sviluppato una teoria in base alla distribuzione osservata di masse e luminosità dei buchi neri supermassicci. Il modello si basa su un’ipotesi molto semplice, ma efficace: la formazione diretta dei massicci buchi neri primordiali ebbe luogo molto rapidamente, in periodi temporali ridotti, per poi cessare improvvisamente. È noto che i buchi neri si formano in seguito alla morte esplosiva delle stelle massicce, quando la materia collassa in un oggetto estremamente denso da cui non può sfuggire neppure la luce. Un simile buco nero stellare può via via attirare materiale dall’ambiente circostante, diventando molto più massiccio, e, infine, può fondersi con altri buchi neri. L’intero processo è chiamato accrescimento.
Ma la teoria dell’accrescimento non spiega i quasar estremamente lontani, e quindi primordiali. Sono stati osservati quasar luminosissimi, nuclei galattici attivi associati alla presenza di buchi neri supermassicci, di dimensioni colossali, a distanze assai remote. Questi oggetti mostruosi pongono una problematica: come possono avere acquisito così tanta massa in così poco tempo, sin dai primordi dell’Universo? Il processo di crescita convenzionale, basato sull’accrescimento, è troppo lento per poter rappresentare una risposta efficace a questa domanda. Da tempo gli astronomi hanno proposto come ipotesi alternativa che i buchi neri massicci primordiali, definiti “a collasso diretto” (direct collapse black holes, DCBH), si siano formati direttamente durante la nascita delle antiche galassie.
La formazione di un buco nero a collasso diretto, possibile solo nell’ambiente molto particolare del giovane Universo, inizia con un’immensa nube primordiale di idrogeno ed elio, diffusa in un mare di radiazione ultravioletta, che si comprime nel campo gravitazionale di un alone di materia oscura, in contemporanea alle fasi iniziali della formazione di una galassia. Il buco nero primordiale impiegherebbe appena un milione di anni a formarsi: secondo alcuni modelli, il gas iniziale collasserebbe in una stella titanica, oltre centomila volte più massiccia del Sole, che in seguito andrebbe soggetta a instabilità gravitazionale, collassando su se stessa a formare direttamente un buco nero massiccio.
Il team ha sviluppato un nuovo modello matematico per calcolare la funzione di massa dei buchi neri supermassicci che si formano in un periodo di tempo limitato e vanno soggetti a una rapida crescita di massa. La crescita di massa può essere regolata dal limite di Eddington, che è dato dall’equilibrio tra radiazione e forze gravitazionali, e che potrebbe persino essere superato di un piccolo fattore. “I buchi neri supermassicci hanno avuto a disposizione un breve periodo di tempo, in cui sono stati in grado di crescere rapidamente e poi, ad un certo punto, a causa della radiazione diffusa nel cosmo e creata da altri buchi neri e stelle, la loro produzione si è arrestata”, spiega Banu. “Questo è lo scenario del collasso diretto”. Un simile fenomeno implica per i primi buchi neri masse iniziali molto più grandi rispetto a quelle previste dallo scenario standard.
[ Barbara ]
Nell’immagine illustrazione artistica di un massiccio buco nero
CREDIT Scott Woods, Western University
https://mediarelations.uwo.ca/2019/06/28/black-hole-formation/
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