L’energia che accende buchi neri e stelle di neutroni

04 Dic 2019 L’energia che accende buchi neri e stelle di neutroni

Secondo un nuovo studio della Columbia University, la radiazione ad alta energia emessa dalle regioni cosmiche che ospitano buchi neri e stelle di neutroni deriva dall’interazione tra turbolenza e riconnessione di campi magnetici estremamente forti.

Per decenni gli scienziati hanno formulato ipotesi sull’origine della radiazione elettromagnetica emessa dagli oggetti più brillanti del cosmo, come i quasar. Si ritiene che questa radiazione ad alta energia sia generata da elettroni in moto a velocità prossime a quella della luce, ma i processi alla base dell’accelerazione subìta dalle particelle rimane ancora un mistero.

In uno studio pubblicato su The Astrophysical Journal, gli astrofisici Luca Comisso and Lorenzo Sironi della Columbia University hanno utilizzato simulazioni con supercomputer per calcolare i meccanismi alla base dell’accelerazione delle particelle. I risultati suggeriscono che il processo di energizzazione derivi dall’interazione tra moto caotico e riconnessione di campi magnetici estremamente forti. La riconnessione magnetica è il processo per cui alcune linee di campo magnetico si spezzano e si riconnettono con le linee adiacenti, con conseguente conversione dell’energia magnetica in energia cinetica, energia termica e accelerazione delle particelle.

“La regione che ospita buchi neri e stelle di neutroni è permeata da un gas estremamente caldo di particelle cariche, e le linee di campo magnetico trascinate dai moti caotici del gas determinano una vigorosa riconnessione magnetica. È grazie al campo elettrico indotto da riconnessione e turbolenza che le particelle vengono accelerate alle energie più estreme”. Il risultato fondamentale dello studio è stato quello di identificare il ruolo che gioca la riconnessione magnetica all’interno di un ambiente turbolento.

Le complesse simulazioni realizzate con supercomputer d’avanguardia hanno dimostrato che la riconnessione è il meccanismo chiave alla base della selezione delle particelle che poi verranno accelerate da campi magnetici turbolenti. Le particelle acquisiscono gran parte della loro energia rimbalzando casualmente a velocità estremamente elevate, con un meccanismo di accelerazione molto rapido quando il campo magnetico è particolarmente forte. I potenti campi magnetici forzano inoltre le particelle a viaggiare lungo un percorso curvo, emettendo così radiazione elettromagnetica. “È senza dubbio la radiazione emessa attorno a buchi neri e stelle di neutroni che rende questi oggetti così brillanti, un fenomeno osservabile dalla Terra”, spiega Sironi. Lo scopo finale dei ricercatori è quello di riuscire a svelare cosa avviene realmente negli ambienti estremi circostanti buchi neri e stelle di neutroni, per portare nuova luce su processi fisici fondamentali e sui meccanismi che regolano il nostro Universo.

Nell’immagine la Nebulosa del Granchio, uno dei resti di supernova più studiati, che ospita al suo centro una stella di neutroni in rapida rotazione
Credit: NASA, ESA and Allison Loll/Jeff Hester (Arizona State University).

https://eurekalert.org/pub_releases/2019-11/cu-ant112719.php

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