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3C 279, che fantastico flare!

Cinque miliardi di anni fa, si ebbe un brillamento in una regione dello spazio in prossimità del buco nero che risiede nel nucleo del quasar 3C 279. Lo scorso 14 Giugno, l’impulso della radiazione di alta energia, o flare, prodotto da questo evento è arrivato finalmente a Terra mettendo in moto i rivelatori a bordo del telescopio spaziale per raggi gamma Fermi e di altri satelliti. Gli astronomi di vari osservatori sparsi sul globo hanno subito puntato gli strumenti verso la sorgente per osservare questo brillamento da record, sia pur di breve durata, in grande dettaglio. Continua a leggere 3C 279, che fantastico flare!

Gli astronomi individuano un ‘punto caldo’ cosmico

Esistono varie ipotesi in base alle quali si ritiene che i raggi cosmici super energetici siano generati dai nuclei galattici attivi in cui la materia viene risucchiata da un buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo galattico mentre altro materiale viene espulso a velocità relativistiche sotto forma di due getti che emergono dalle regioni nucleari della galassia. Un’altra possibilità è che i raggi cosmici ultra energetici siano prodotti in seguito alle esplosioni stellari che danno luogo a raggi gamma. Per quanto invece riguarda i raggi cosmici di più bassa energia è noto che essi provengono tipicamente dal Sole, dalle stelle e dalle supernovae, ma la sorgente dei raggi cosmici di più alta energia rimane ancora un mistero. Continua a leggere Gli astronomi individuano un ‘punto caldo’ cosmico

ALMA, verso l’esplorazione del buco nero della Via Lattea

The strong curvature of spacetime near a black hole produces a dark shadow surrounded by a bright photon ring. The shape of this shadow is roughly circular. Detecting the shadow of a black hole and establishing that it is indeed circular would constitute an observational test of general relativity. Credit: EHT

Grazie ad una serie di interventi effettuati al centro di calcolo dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) è stato possibile installare un orologio atomico ad elevata precisione che avrà lo scopo di migliorare le prestazioni del correlatore. Questo strumento permetterà ad ALMA di sincronizzarsi con una rete di altri radiotelescopi sparsi sul globo, nota anche come Event Horizon Telescope (EHT), per osservare ‘più da vicino’ il buco nero supermassiccio della nostra Galassia.

ALMA: ALMA Upgrade to Probe Supermassive Black Hole

Come vengono ‘alimentati’ i buchi neri?

galactic_bhGrazie alla combinazione delle immagini prodotte dalle osservazioni realizzate con tre potenti telescopi nell’infrarosso, un gruppo internazionale di ricercatori sono stati in grado di osservare la fase di accrescimento in un buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo di una galassia attiva a circa 10 milioni di anni-luce, un risultato che ha permesso di ottenere una grande mole di dati senza precedenti per questo tipo di fenomeni di alta energia. “Il nostro interesse è quello di capire come i buchi neri supermassicci presenti nei nuclei galattici attivi vengono alimentati in modo tale da aumentare la loro massa per raggiungere valori fino a decine di milioni e miliardi di volte la massa solare” spiega Sebastian Hoenig della Università della California a Santa Barbara, uno dei ricercatori che hanno osservato la galassia NGC 3783. Il potere esplorativo raggiunto grazie alla tecnica dell’interferometria, che è stata realizzata utilizzando l’interferometro AMBER per combinare simultaneamente la luce raccolta da tre telescopi di 8m del Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, ha permesso di osservare il disco di polveri ad alta temperatura. Ciò ha permesso di avere maggiori informazioni, ed in maniera più diretta, di quali sono i processi di accrescimento della materia nei nuclei galattici attivi.

ESO Pub: VLTI/AMBER observations of the Seyfert nucleus of NGC 3783 

Stelle ‘espulse’ dalla Via Lattea

stelle_ipervelociCome si fa ad ‘espellere’ una stella dalla nostra galassia? Beh, è quasi certo che nemmeno i migliori ‘buttafuori’ ne sarebbero capaci e, a parte le battute, dobbiamo dire che si tratta di un processo fisico alquanto complicato.

Di fatto, il meccanismo principale che è stato individuato dagli astronomi e che può dare ad una stella una ‘spinta’ di oltre due milioni di chilometri all’ora richiede un incontro ravvicinato con un buco nero supermassiccio situato nel nucleo della galassia. Finora, i ricercatori hanno individuato 16 stelle “iper veloci” che nonostante abbiano delle velocità tali da sfuggire all’attrazione gravitazionale della galassia esse sono state identificate mentre si trovano ancora nella Via Lattea. Oggi, un gruppo di ricercatori della Università di Vanderblit riportano in un articolo la scoperta di più di 677 stelle ‘in fuga’ verso lo spazio intergalattico espulse dalle regioni centrali. Gli astronomi hanno selezionato queste stelle iper veloci in base alla loro posizione nello spazio intergalattico tra la Via Lattea e la galassia di Andromeda e dal particolare colore rosso. In realtà si tratta di stelle giganti rosse che si trovano negli stadi finali della loro evoluzione stellare e che un tempo dovevano essere più piccole, di color giallo come il Sole quando hanno interagito con il buco nero centrale. Man mano che sono migrate verso gli spazi più esterni, le stelle hanno continuato ad diventare sempre più vecchie fino ad arrivare, appunto, alla fase di gigante rossa. Si calcola che pur viaggiando a velocità super elevate una stella impiegherebbe circa 10 milioni di anni per spostarsi dalle regioni centrali verso i bracci a spirale, una distanza pari a circa 50 mila anni-luce. Per concludere, l’importanza dello studio di queste stelle erranti ci fornisce nuovi indizi sulla storia evolutiva della nostra galassia.

ArXiv: IDENTIFYING HIGH METALLICITY M GIANTS AT INTRAGROUP DISTANCES WITH SDSS 

Un buco nero ‘assassino’

Credit: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), and J. Guilloch (University of California, Santa Cruz)

Questa immagine elaborata al computer mostra la simulazione del gas di una stella che, catturato dalle intense forze di marea, cade verso un buco nero. Parte del gas viene espulsa nello spazio con velocità relativistiche.

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il satellite Galaxy Evolution Explorer (GALEX) e il telescopio Pan-STARRS1, un gruppo di astronomi sono stati in grado di ottenere una chiara evidenza di questo processo violento: la distruzione di una stella da parte di un buco nero supermassiccio. I ricercatori hanno registrato i segnali di questo evento e cioè un flare nelle bande ottico e ultravioletto dello spettro elettromagnetico che indicano la caduta del gas verso il buco nero così come l’espulsione di parte di gas ricco di elio. L’analisi del flare fornisce indicazioni importanti sullo scenario e sulle proprietà fisiche della stella vittima del processo [video]. Inoltre, per verificare che si tratti proprio di una stella che sta per essere divorata da un buco nero anzichè trattarsi di un altro evento energetico associato al nucleo galattico, gli astronomi hanno utilizzato l’osservatorio spaziale Chandra per analizzare il gas. I dati suggeriscono che le proprietà del gas non sono consistenti con quelle tipiche di un nucleo galattico attivo. La galassia che ospita questo particolare evento è nota con la sigla PS1-10jh e si trova a circa 2,7 miliardi di anni-luce. Infine, gli astronomi hanno ‘pesato’ il buco nero killer ottenendo una valore di diversi milioni di masse solari che è consistente con la massa del buco nero presente nel nucleo della nostra galassia.

Arp 147, un enorme ‘anello’ di buchi neri e stelle di neutroni

Immagine composita di Arp 147 ripresa con il satellite Chandra (violetto), HST (rosso, verde, blu), GALEX (verde) e Spitzer (rosso).
Credit: X-ray: NASA/CXC/MIT/Saul Rappaport et al, Ottico: NASA/STScI

Alla distanza di circa 430 milioni di anni-luce, si trova il sistema di Arp 147 costituito da una galassia a spirale (a destra) entrata in collisione con una galassia ellittica (a sinistra). La collisione ha determinato una sorta di “onda d’urto” formata da tante regioni di formazione stellare che appaiono come un gigantesco “anello” che contiene stelle giovani e massicce. Nel corso della loro rapida evoluzione stellare, dell’ordine di qualche milione di anni, le stelle sono esplose diventando supernovae e lasciando come prodotto finale stelle di neutroni e buchi neri.

Un certo numero di stelle di neutroni e di buchi neri diventeranno nel corso del tempo sistemi binari o multipli e perciò si mostreranno come sorgenti di raggi-X molto brillanti. Le nove sorgenti di raggi-X che si trovano nell’anello di Arp 147 (vedasi immagine) sono così brillanti che devono contenere buchi neri con masse stimate nell’intervallo 10-20 volte la massa del Sole. Inoltre, è stata rivelata una sorgente di raggi-X proprio nel nucleo della galassia ellittica e che potrebbe contenere a sua volta un buco nero supermassiccio.

ArXiv: LUMINOUS X-RAY SOURCES IN ARP 147

Un buco nero ‘imprevedibile’

L’immagine ottica di Andromeda, nota anche come M31, è stata ripresa con la Digitized Sky Survey. I riquadri mostrano le immagini di Chandra relativamente ad una regione molto piccola della galassia. A sinistra le immagini sono state ottenute prima del Gennaio 2006 e a destra dopo Gennaio 2006. Prima del 2006, si notano bene tre sorgenti di raggi-X, assieme ad una sorgente più debole vicina al centro della foto. Dopo il 2006, appare invece una quarta sorgente, denominata M31* proprio al di sotto e a destra della sorgente centrale e che è stata prodotta dalla caduta di materia verso il buco nero centrale.
Credit: X-ray (NASA/CXC/SAO/Li et al.), Optical (DSS)

Per circa dieci anni, l’osservatorio spaziale per raggi-X Chandra ha eseguito una serie di osservazioni sulla galassia di Andromeda, realizzando un totale di quasi un milione di secondi. Questo database unico ha permesso agli astronomi di avere tante informazioni sul buco nero supermassiccio più vicino.

Così come accade per la Via Lattea, il buco nero in Andromeda è sorprendentemente quieto. “I buchi neri della Via Lattea e di Andromeda sono incredibilmente deboli” spiega Zhiyuan Li del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). “Queste due specie di ‘anti-quasar’ costituiscono dei veri e propri laboratori per lo studio dei dischi di accrescimento attorno ai buchi neri supermassicci“. “Abbiamo delle idee su ciò che sta accadendo in Andromeda ma la verità è che non conosciamo effettivamente i dettagli“, aggiunge Christine Jones del CfA. Questi risulati implicano che il comportamento irregolare e debole anche del buco nero della Via Lattea potrebbe essere caratteristico dei buchi neri supermassicci che osserviamo oggi.

Un buco nero ‘sfrattato’ dal suo nucleo galattico

L’immagine di Hubble della galassia con l’oggetto misterioso all’interno del cerchio rosso.
Credit: P. Jonker

Uno studio recente su una galassia distante, ha messo in evidenza la presenza di un oggetto misterioso che sarebbe associato ad un buco nero supermassiccio forse espulso dal suo nucleo galattico. Ma si potrebbe trattare di un tipo molto raro di supernova o ancora di un buco nero di dimensioni intermedie, cioè con una massa maggiore rispetto a quella dei buchi neri di tipo stellare e comunque inferiore alla massa dei buchi neri di tipo galattico. “Tutte e tre le ipotesi sono alquanto esotiche e hanno qualcosa di peculiare” spiega Peter Jonker del Netherlands Institute for Space Research a Utrecht. Questa scoperta è il risultato di un lavoro di ricerca che ha lo scopo di trovare i cosiddetti “buchi neri fuori posto” che si ritiene si formino quando due galassie interagiscono (merging) e anziché farlo anche i rispettivi buchi neri, che risiedono nei nuclei galattici, spesso essi possono ricevere, per così dire, una “spinta” dalle interazioni gravitazionali durante il processo di merging che fa sì che uno dei due buchi neri venga “lanciato” fino ad una certa distanza nello spazio intergalattico rispetto al centro stesso della nuova galassia.

Un’altra spiegazione è che l’oggetto sia una supernova molto strana che non conosciamo molto bene e che viene classificata di tipo IIn” spiega Jonker. In generale, le supernovae di tipo II si hanno quando una stella massiccia esaurisce il proprio combustibile nucleare e il suo nucleo collassa. Queste particolari stelle esplose vengono classificate con lettere differenti in base alle caratteristiche spettrali. In questo caso, le supernovae di tipo IIn esibiscono righe spettrali dell’idrogeno molto strette ed emettono una intensa radiazione nella banda dei raggi-X. Queste supernovae sono abbastanza rare e non sono state studiate molto in dettaglio. Un’altra possibilità è che l’oggetto in questione sia un buco nero di massa intermedia il cui valore stimato per la massa è di circa diecimila volte la massa del Sole.

Secondo il professor Avi Loeb, la spiegazione migliore è quella secondo cui l’oggetto misterioso possa essere un tipo diverso di supernova. Tuttavia, mentre l’oggetto sarebbe troppo brillante per essere un buco nero di massa intermedia, appare molto debole per essere un buco nero supermassiccio che sia stato espulso dalle regioni nucleari. Naturalmente, occorreranno ulteriori osservazioni per ottenere maggiori informazioni sulla natura di questo particolare ed enigmatico oggetto celeste.

ArXiv: A bright o -nuclear X-ray source: a type IIn supernova, a bright ULX or a recoiling super-massive black hole in CXO J122518.6+144545

L’Universo in un ‘buco di tarlo’

Una recente ipotesi teorica suggerisce che il nostro Universo risiedere all’interno di un “buco di tarlo”, o wormhole, che a sua volta sarebbe parte di un buco nero supermassiccio che si trova all’interno di un universo ancora più grande. Questo scenario in cui l’Universo è nato all’interno di un wormhole, altresì noto come ponte di Einstein-Rosen, è stato avanzato dal fisico teorico Nikodem Poplawski dell’Indiana University il quale, basandosi sulla geometria euclidea, ha costruito un modello per descrivere il moto geodetico di una particella nel campo gravitazionale di un buco nero.

Nello studiare il moto radiale attraverso l’orizzonte degli eventi relativo a due tipi di buchi neri, uno di tipo Schwarzschild e l’altro di tipo Einstein-Rosen, entrambi i quali rappresentano soluzioni matematiche della relatività generale, Poplawski ammette che solo un esperimento o una osservazione possono rivelare il moto di una particella che cade in un buco nero. Inoltre, egli afferma che dato che gli osservatori possono solamente vedere le regioni esterne di un buco nero, quelle più interne non possono essere osservate a meno che un osservatore non vi entri o non risieda all’interno di esso. “Questa condizione sarebbe soddisfatta se il nostro universo fosse all’interno di un buco nero che esista, a sua volta, all’interno di un universo più grande” afferma Poplawski. “Dato che la teoria della relatività generale di Einstein non sceglie una direzione preferenziale del tempo, se un buco nero si forma dal collasso gravitazionaledella materia attraverso l’orizzonte degli eventi nel futuro, allora il processo inverso è possibile. In altre parole, questo processo descriverebbe la formazione di un “buco bianco” con la materia che emerge dall’orizzonte degli eventi nel passato, come l’Universo in espansione”. Un buco bianco è connesso a un buco nero mediante il ponte di Einstein-Rosen, appunto il wormhole, e rappresenta ipoteticamente l’inversione temporale di un buco nero. L’idea di Poplawski vuole che tutti i buchi neri, non solo quelli del tipo Schwarzschild o del tipo Einstein-Rosen, abbiano i ponti di Einstein-Rosen, ognuno con un proprio universo che si è formato contemporaneamente con il buco nero. “Da ciò segue che il nostro Universo potrebbe essersi formato all’interno di un buco nero che esiste all’interno di un altro universo più grande” spiega Poplawski. Dunque, applicando il modello del collasso gravitazionale isotropo di una sfera e le attuali leggi della fisica agli altri buchi neri, l’ipotesi di assumere la nascita del nostro Universo all’interno di un buco di tarlo permetterebbe di risolvere i problemi che gli scienziati si trovano ad affrontare con il Big Bang e con il problema relativo alla perdita di informazione del buco nero che prevede, infatti, che tutta l’informazione contenuta nella materia sia persa quando essa attraversa l’orizzonte degli eventi, sfidando le leggi della meccanica quantistica. Infine, lo stesso Poplawski è convinto che il suo modello potrebbe spiegare l’origine dell’inflazione cosmica.

C’è da dire, però, che una delle proprietà note sui wormhole è che sono altamente instabili e dovrebbero collassare istantaneamente anche quando la più piccola quantità di materia, come un singolo fotone, provi ad attraversarlo. Ma come si fa a provare tutto ciò? Bene, per vedere se un oggetto può viaggiare attraverso un wormhole, l’osservatore dovrebbe stare all’interno dello stesso dato che le regioni interne non possono essere osservate dall’esterno. Una possibile soluzione è che un certo tipo di materia esotica potrebbe non fare collassare il wormhole perciò dovremmo creare o essere fatti di materia esotica per mantenerlo aperto. Ma, come afferma lo stesso Poplawski, se il wormhole fa parte di un buco nero che si trova all’interno di un universo ancora più grande allora il processo potrebbe funzionare.

[Abstract: Radial motion into an Einstein–Rosen bridge]