13 Mar 2022 Il Cuore Pulsante di un Buco Nero Vorace
Lo spazio circostante un buco nero è così estremo da rendere difficile la comprensione dei processi violenti che vi si svolgono. Osservazioni multibanda ottenute nel corso di 15 anni delle radiazioni energetiche emesse in maniera discontinua dai dintorni di un buco nero rivelano indizi importanti sui meccanismi di accrescimento di questi oscuri oggetti. Il buco nero oggetto dello studio, situato a 36.000 anni luce da noi, divora materiale da una stella che gli orbita attorno, raccogliendo il plasma stellare in una corona situata al di fuori dell’orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno. Un nuovo studio rivela il rapporto stretto che si instaura tra questa struttura e i getti iperveloci espulsi nello spazio dalle regioni polari del buco nero.
“Suona logico, eppure sono vent’anni che gli scienziati dibattono sul fatto che la corona e il getto siano semplicemente la stessa cosa”, spiega Mariano Méndez dell’Università di Groningen, Paesi Bassi. “Ora ci rendiamo conto che questi due fenomeni hanno origine uno dopo l’altro e che il getto deriva dalla corona”. Il buco nero in questione fa parte di GRS 1915+105, un sistema binario situato a circa 36.000 anni luce da noi nella Costellazione dell’Aquila. Il sistema è composto da un buco nero con massa 12 volte quella solare e da una stella compagna, che viene progressivamente divorata mentre orbita attorno al mostruoso oggetto. Il materiale stellare risucchiato dal buco nero va a finire in un disco di accrescimento, dove si raccoglie prima di precipitare verso l’orizzonte degli eventi del buco nero stesso.
Un oggetto di questo tipo viene chiamato microquasar, una versione molto ridotta dei quasar, grandi galassie con nuclei attivi in cui buchi neri supermassicci divorano materiale, emettendo radiazione osservabile. Tuttavia, GRS 1915+105 è uno dei buchi neri stellari più massicci tra quelli noti nella Via Lattea. Il processo di accrescimento di materiale stellare e l’ambiente estremamente energetico provocano un surriscaldamento del disco circostante il buco nero, con consenguente emissione di luce in varie lunghezze d’onda. Una delle strutture luminose che si formano attorno al buco nero è la corona, situata tra il bordo interno del disco di accrescimento e l’orizzonte degli eventi. Questa regione è ricca di particelle altamente energetiche, accelerate dal campo magnetico del buco nero, che brillano in banda X.
Poi ci sono i getti, composti da plasma accelerato lungo le linee di campo magnetico fino alle regioni polari del buco nero, da dove vengono lanciati nello spazio ad alta velocità, emettendo luce in banda radio. Lo spazio circostante un buco nero è così estremo che è difficile comprendere a fondo i processi che vi si svolgono. Il team ha indagato in particolare sul modo in cui i getti vengono accelerati e quindi lanciati nello spazio, raccogliendo i dati in banda X e radio relativi al microquasar, ottenuti tra il 1996 e il 2012. Il campione finale di osservazioni comprende 410 dati simultanei in banda X e radio di GRS 1915+105. Le analisi hanno permesso al team di osservare le variazioni di entrambi i tipi di radiazione luminosa nello stesso periodo. I ricercatori hanno scoperto che, quando la radiazione X è forte, il segnale radio risulta debole e viceversa. Inoltre i getti sono più potenti quando la corona è al suo minimo di emissione.
Questo suggerisce che l’energia che alimenta il microquasar possa essere diretta sia verso la corona brillante in banda X sia verso il getto relativistico. Sembra quindi che nel sistema GRS 1915+105 la corona possa trasformarsi in getto. “Si è rivelata davvero una sfida dimostrare questa caratteristica sequenziale”, spiega Méndez. Il team ha cercato anche di spiegare alcune caratteristiche insolite osservate. Ad esempio, la corona è più brillante di quanto dovrebbe essere tenendo conto del solo fattore temperatura. Questo implica che deve esserci un altro processo in gioco, probabilmente gli effetti del campo magnetico. La rotazione differenziale del buco nero e del disco di accrescimento possono far sì che il campo magnetico divenga intrecciato e caotico. Quando questo avviene, la corona si riscalda, mentre quando la situazione torna a una relativa normalità, il materiale può sfuggire e si attivano i getti. “In linea di principio, la stessa canalizzazione di energia verso il getto e la corona potrebbe aver luogo anche nei buchi neri supermassicci e potrebbe essere applicabile all’intera gamma di buchi neri di varia massa”, conclude lo studio pubblicato su Nature Astronomy.
Nell’immagine rappresentazione artistica del buco nero e della stella compagna, insieme con il disco di accrescimento (in arancio) e la corona (in blu)
Credit Aurore Simonnet and NASA’s Goddard Space Flight Center
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