Credit: GALEX/NASA
Immaginate una sfera che si estende per più di 3 milioni di chilometri, circa otto volte la distanza media tra la Terra e la Luna, e che ruoti così velocemente che la sua superficie si muove a quasi la velocità della luce. Nella realtà questo oggetto esiste e si tratta del buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo della galassia NGC 1365.
Gli astronomi hanno misurato la sua velocità di rotazione, o tecnicamente lo spin, utilizzando i dati raccolti dal NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) e dal satellite XMM-Newton. La gravità di un buco nero è così intensa che man mano che l’oggetto ruota esso trascina con sé lo spazio. L’estremità della regione dello spazio che viene trascinata dalla rotazione del buco nero viene chiamata orizzonte degli eventi. Qualsiasi materia che superi questa superficie ideale viene catturata dal buco nero e inizia ad accrescersi formando un disco di accrescimento che viene riscaldato dall’attrito producendo emissione di alta energia sottoforma di raggi-X. L’orbita interna più stabile, cioè il cosiddetto punto di non ritorno, dipende dallo spin del buco nero. Dato che un buco nero che ruota così velocemente distorce lo spazio, la materia del disco di accrescimento può arrivare molto vicina all’oggetto prima di essere catturata definitivamente. Ma perché è importante sapere la velocità di rotazione del buco nero? Esistono diverse ragioni. La prima è di natura fisica perché solo due numeri definiscono un buco nero: la massa e lo spin. Se conosciamo questi due parametri siamo in grado di sapere quasi tutto sull’oggetto. La cosa più importante è che lo spin ci dà informazioni sul suo passato e indirettamente sull’evoluzione della galassia ospite. In altre parole, lo spin del buco nero rappresenta una sorta di memoria, una ‘registrazione’, per così dire, della storia evolutiva della galassia. Nonostante il buco nero di NGC 1365 abbia oggi una massa dell’ordine di diversi milioni di masse solari, non è nato molto grosso. Si ritiene, invece, che sia evoluto nel corso di miliardi di anni accrescendo materia da stelle e gas e interagendo attraverso il fenomeno del merging con altri buchi neri. La sua rotazione è il risultato del trasferimento del momento angolare, un pò come avviene per l’altalena. Se, ad esempio, spingiamo in maniera casuale l’altalena mentre oscilla, vedremo che non si arriverà mai molto in alto. Però se spingiamo l’altalena alla fine di ogni oscillazione, quando ritorna indietro, vedremo che essa andrà sempre più in alto poiché stiamo trasferendo ad essa momento angolare. Allo stesso modo, se il buco nero cattura casualmente materia da tutte le direzioni, il suo spin risulterà basso. Dato che lo spin del buco nero in NGC 1365 è molto vicino al valore massimo possibile, gli astronomi ritengono che la sua massa sia aumentata attraverso un processo di accrescimento ‘ordinato’ piuttosto che mediante una serie di eventi ripetuti e casuali. Infine, queste osservazioni permetteranno ai teorici di eseguire una serie di test della relatività generale in condizioni estreme.
NASA: NASA's NuSTAR Helps Solve Riddle of Black Hole Spin arXiv: A rapidly spinning supermassive black hole at the centre of NGC 1365
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