Archivi tag: buchi neri di massa intermedia

NGC 2276-3c, un interessante membro di una generazione di buchi neri

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con l’osservatorio per raggi-X Chandra e la rete europea di radiotelescopi EVN, gli astronomi hanno identificato un nuovo oggetto nella galassia a spirale NGC 2276 che potrebbe essere considerato un buco nero di massa intermedia in quanto permetterebbe di completare il quadro della storia evolutiva di questi enigmatici corpi celesti. I risultati appariranno su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Continua a leggere NGC 2276-3c, un interessante membro di una generazione di buchi neri

Quando due galassie collidono

Durante il periodo natalizio, sappiamo che le luci sono le protagoniste assolute che allietano le serate notturne. Ma anche nel cosmo, da qualche parte a circa 130 milioni di anni-luce dalla Terra nella direzione della costellazione del Cane Maggiore, possiamo assistere ad uno spettacolo simile: stiamo parlando di una coppia di galassie a spirale interagenti NGC 2207 e IC 2163.

Continua a leggere Quando due galassie collidono

I buchi neri esistono…davvero!

In questi giorni, i titoli dei media online e di alcuni blog stanno riportando la notizia secondo cui “i buchi neri non esistono”. In realtà non è proprio così! I buchi neri esistono eccome.
Continua a leggere I buchi neri esistono…davvero!

G2 could reveal galactic ‘intermediate sized’ black holes

bhs_g2
Expected number of stellar-mass BHs within G2 (with volume 2 x 10^10 pc^3) as a function of the location of G2 ([0,0] corresponds to Sgr A*). The dashed line indicates
the projected trajectory of G2.
Credit: Bartos et al.

Un gruppo di ricercatori della Columbia University hanno pubblicato un articolo su Physical Review Letters in cui viene suggerito che il moto della nube di gas “G2”, che si trova nelle vicinanze del centro galattico, possa rivelare dei buchi neri che non sono stati ancora identificati. Inoltre, si ritiene che il moto della nube possa portare ad una evidenza diretta riguardante l’esistenza di buchi neri di massa intermedia.

G2, a massive cloud of gasses three times the size of Pluto’s orbit (but just 3 times the mass of Earth) was discovered moving through our galaxy two years ago by researchers at the Max Planck Institute. After noting its projected path, the researchers at Columbia have found that it will likely pass through a region of space that is thought to harbor as many as 20,000 small black holes (a single massive black hole is believed to exist at the center of our galaxy). They suggest that researchers here on Earth might be able to actually see the interaction between the gas cloud and any black holes that are encountered. As the gas cloud comes near a black hole, they believe some of the gas will begin to spiral as it’s pulled in by its gravity. That, they say, should cause a lot of heat to be expelled and X-ray light to be emitted, enough to be observable using X-ray telescopes. They go so far as to estimate that researchers might be able to see evidence of as many as 16 interactions. More exciting to some in the field, is the possibility that the movement of G2 through our galaxy may give direct evidence of what are known as intermediate sized black holes, believed by some to be several times the mass of our Sun. To date, their existence is purely theoretical. If G2 comes across one, and interacts with it, the event could prove that they really do exist. They, like the many small black holes in the Universe, are believed to reside near the center of the galaxy, which is where G2 is heading. The researchers estimate it will reach the best position for study this September, giving researchers plenty of time to prepare. One unknown attribute of G2 could throw a wrench into the project, however the density of the gas cloud is not yet known. If it’s not dense enough, any interactions with a black hole may not create enough light to be seen from Earth.

arXiv: G2 can Illuminate the Black Hole Population near the Galactic Center

I buchi neri supermassicci evolvono rapidamente

Image credit:Gabriel Perez Diaz

E’ quanto emerge da uno studio recente condotto da un gruppo di astronomi della Swinburne University of Technology, un risultato che non è come quello che ci si aspetta dagli attuali modelli. Di fatto, per diversi anni, gli scienziati hanno presa per buona la correlazione che esiste tra la massa dei buchi neri supermassicci, che risiedono nei nuclei delle galassie, e quella della rispettiva galassia ospite. Tuttavia, nuove osservazioni hanno rivelato un andamento alquanto diverso.

I buchi neri evolvono molto più velocemente di quanto pensassimo“, spiega il professor Alister Graham del Centro di Astrofisica e Supercalcolo. All’interno delle galassie vi è una sorta di competizione per accaparrarsi quanto più gas disponibile che servirà sia per la formazione di nuove stelle che per alimentare il buco nero centrale. Ora, per più di un decennio i principali modelli e teorie assegnavano una determinata frazione di gas per ogni processo, preservando il rapporto tra la massa del buco nero e quella della galassia. Ma un nuovo studio rivela che tale approccio deve essere modificato. “Ora sappiamo che ogni incremento pari a 10 volte la massa stellare della galassia è associato ad un incremento molto più grande, circa 100 volte, della massa del buco nero“, dichiara Graham. “Questi dati hanno implicazioni importanti per comprendere meglio l’evoluzione galassia-buco nero“. I ricercatori hanno anche trovato un comportamento opposto che esiste tra gli ammassi compatti di stelle che si osservano in prossimità delle regioni centrali nelle galassie più piccole e nelle galassie a disco come la Via Lattea. “Più piccola è la galassia e maggiore è la frazione di stelle presenti in questi densi ammassi compatti“, afferma Nicholas Scott. “Nelle galassie di massa inferiore gli ammassi stellari, che possono contenere fino a milioni di stelle, possono addirittura dominare sui buchi neri“. In precedenza si pensava che gli ammassi stellari contenessero una percentuale costante, circa lo 0,2%, della massa galattica. Questa ricerca sembra aver risolto un mistero astrofisico che ormai dura da qualche tempo. L’esistenza di buchi neri di ‘massa intermedia’, cioè con valori compresi tra quella di una singola stella e un milione di stelle, è stata considerata da sempre elusiva. I dati, invece, suggeriscono che le numerose galassie già contenenti un buco nero, anche se di massa sconosciuta, dovrebbero altresì possedere questi buchi neri di massa intermedia e che potrebbero essere abbastanza grossi da essere rivelati dai telescopi spaziali di una nuova generazione. “I buchi neri sono vere e proprie prigioni gravitazionali e detentori del destino di molti sistemi solari del passato“, dice ancora Graham. Gli astronomi hanno combinato le osservazioni del telescopio spaziale Hubble, del Very Large Telescope e del  telescopio Keck per creare il più grande insieme di galassie con un database di misure attendibili relative alla massa degli ammassi stellari e dei buchi neri supermassicci.



University of Swinburne press release: Black holes growing faster than expected

arXiv: The (black hole mass)-(host spheroid luminosity) relation at high and low masses, [...]

La meccanica quantistica spiega come può emergere ‘qualcosa’ da un buco nero

Illustrazione del concetto di radiazione di Hawking

La rivista Science sta pubblicando tutta una serie di articoli sullo stato attuale della ricerca scientifica nell’ambito dell’astrofisica dei buchi neri. Alcuni di questi articoli trattano la collisione di due buchi neri, altri descrivono l’interazione di una stella che viene ‘risucchiata’, per così dire, da un buco nero (vedasi questo post), altri ancora riguardano i cosiddetti buchi neri di massa intermedia la cui esistenza sembra sia stata recentemente confermata (vedasi questo post). Tra questi argomenti è da segnalare un interessante contributo da parte del fisico teorico Edward Witten dell’Institute for Advanced Study in Princeton, il quale afferma che uno dei concetti di base dell’astrofisica dei buchi neri, e cioè il fatto che nulla può sfuggire alla sua intensa attrazione gravitazionale, potrebbe essere sbagliato (Edward Witten è uno degli scienziati che sono elencati nella lista dei più fisici viventi che fanno parte del sondaggio che ho recentemente proposto ai lettori).

E’ stata la teoria della relatività generale che ci ha insegnato il fatto che la gravità di un buco nero è così intensa che nulla, nemmeno la luce, è in grado di sfuggire una volta superato il punto di non ritorno, meglio noto come orizzonte degli eventi. Witten afferma che la teoria è valida solo in determinate condizioni poichè essa viola le leggi della termodinamica: in altre parole, se è possibile che esista una azione allora ci sarà sempre una reazione opposta. Nel caso dei buchi neri, ciò vuol dire che se qualcosa può consumarsi allora deve essere vero anche il contrario. Questa idea risale al 1974 quando Stephen Hawking suggerì che alcune particelle quantistiche possono sfuggire da un buco nero ma sono talmente piccole che risulta difficile rivelarle. Questo processo è noto come radiazione Hawking e siamo abbastanza certi che finora nessuno è stato mai in grado di osservarla (vedasi Enigmi Astrofisici). Ora, nonostante sembra esistere una sorta di contraddizione prendendo i due punti di vista, esiste un modo per spiegare le differenze: esso riguarda la percezione e il modo di osservare le cose considerando l’aspetto macroscopico rispetto a quello microscopico e, inoltre, l’utilizzo del concetto di entropia. In altre parole, guardato molto da vicino, un buco nero può lasciar “scappare” una particella o addirittura un atomo intero ma se cambiamo il punto di vista, cioè lo osserviamo nel contesto in cui esso si trova nella vastità dello spazio, avviene il contrario per cui il buco nero prende sempre e non dà indietro nulla. Ecco questo è, secondo Witten, il modo per riconciliare i due punti di vista quando si studiano i buchi neri.

More info: Quantum Mechanics of Black Holes

Il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente

Illustrazione dell’oggetto Swift J1644+57.
Credit: NASA/Swift

L’anno scorso, un gruppo di astronomi identificarono in una galassia distante un buco nero quiescente che mostrava una particolare attività in seguito all’interazione gravitazionale dovuta ad una stella che passava nelle sue immediate vicinanze. Oggi, i ricercatori hanno registrato un segnale caratteristico, nella banda dei raggi-X, che è stato monitorato nei giorni a seguire l’intensa emissione di radiazione causata dalla materia che sta cadendo verso il buco nero.

Questo ‘segnale di coda’, chiamato oscillazione quasi-periodica (QPO), è una caratteristica dei dischi di accrescimento che di solito circondano gli oggetti più densi e più compatti dell’Universo: nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri. I segnali QPO sono stati osservati in molti buchi neri di massa stellare e ci sono chiare evidenze che essi sono associati anche a buchi neri che hanno masse comprese tra 100 e 100 mila volte la massa del Sole. Fino a questa scoperta, i QPO sono stati rivelati solo da un buco nero supermassiccio, cioè il caso più estremo che può contenere alcune milioni di volte la massa solare, che sono situato tipicamente nel nucleo delle galassie. Questo oggetto è noto con la sigla REJ 1034+396 e si tratta di una galassia di Seyfert che si trova alla distanza, relativamente vicina, di 576 milioni di anni-luce. “Questa scoperta ci permette di avere maggiori indizi sulle regioni più vicine al buco nero distante alcuni miliardi di anni-luce, un fatto decisamente entusiasmante. Inoltre, i dati ci aiutano a verificare la relatività generale ad una epoca in cui l’Universo appariva in maniera diversa rispetto a oggi” spiega Rubens Reis dell’University of Michigan in Ann Arbor. La sorgente di raggi-X, denominata Swift J1644+57 e che si trova nella costellazione del Dragone, è stata identificata nel mese di Marzo del 2011 dal satellite Swift in una galassia distante quasi 4 miliardi di anni-luce. Inizialmente si era pensato si trattasse di un comune gamma-ray burst (GRB) ma poi il suo graduale indebolimento non assomigliava a nessun evento visto prima. Gli astronomi furono subito consapevoli che ciò che stavano osservando non era altro che la parte finale di un evento straordinario, il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente.


[Press release: ‘Cry’ of a Shredded Star Heralds a New Era for Testing Relativity]

HLX-1, un buco nero di massa ‘intermedia’

ESO 243-49, è la galassia a circa 300 milioni di anni-luce dove è stato rivelato il buco nero di massa intermedia HLX-1.
Credit: NASA, ESA and S. Farrell (U. Sydney)

Gli astronomi sanno che esistono chiare evidenze relative a due tipologie di buchi neri: quelli di “taglia stellare” e quelli di “peso massimo”, i cosiddetti buchi neri supermassicci, presenti ormai nei nuclei di quasi tutte le galassie (vedasi questo post). I buchi neri stellari sono considerati piccoli rispetto agli standard e possiedono masse superiori di alcune decine di volte la massa solare; i buchi neri supermassicci, invece, sono enormi e possono raggiungere masse fino a decine di milioni di volte la massa del Sole e, forse, masse ancora superiori. Una delle domande che si sono posti da sempre gli scienziati è se esistono oggetti di questa categoria che possiedono masse intermedie. Fino ad oggi, la domanda è stata posta solamente a livello teorico finchè una serie di osservazioni condotte con i radiotelescopi del CSIRO’s Australia Telescope Compact Array hanno confermato l’identità di un buco nero che sembra avere una massa di circa 90 mila volte la massa del Sole. L’oggetto, denominato con la sigla ESO 243-49 HLX-1, scoperto già nel 2009, sembra avere tutte le caratteristiche di un buco nero di massa intermedia.

[Abstract: Radio Detections During Two State Transitions of the Intermediate-Mass Black Hole HLX-1]

La forza distruttiva dei buchi neri

L’immagine mostra la simulazione della distruzione di una stella ad opera del buco nero in una galassia nella costellazione del Draco.
Credit: Mark A. Garlick

Un gruppo di ricercatori hanno trovato le ‘tracce’ (flares) dei resti della distruzione di alcune stelle dovuta all’intensa forza gravitazionale dei buchi neri, un fenomeno cercato a lungo dagli astrofisici che apre una nuova finestra verso lo studio della relatività generale. La scoperta fornisce, inoltre, un nuovo strumento d’indagine per la ricerca di buchi neri di “massa intermedia” che si ritiene siano i precursori dei buchi neri supermassicci che risiedono nei nuclei delle galassie.

Gli astronomi hanno analizzato ciò che succede quando, di tanto in tanto, l’orbita di una stella viene disturbata in modo tale da passare molto vicino al buco nero supermassiccio, che si trova nel nucleo della galassia, ma non così vicino da far sì che la stella venga catturata completamente. Con il passare del tempo, la stella sarà distrutta dalle intense forze di marea causate dall’intensa forza di gravità del buco nero che attira la parte più vicina della superficie della stella. Durante questo processo, parte della materia stellare si stacca e cade verso il buco nero anche se buona parte di essa continua ad orbitare seguendo traiettorie caotiche, che portano spesso alla collisione della stessa, producendo una radiazione così intensa di alta energia che può durare da qualche giorno a qualche mese. Questi fenomeni sono denominatistellar tidal disruption flares (TDFs).

ArXiv: OPTICAL DISCOVERY OF PROBABLE STELLAR TIDAL DISRUPTION FLARES