Archivi tag: dischi di accrescimento

Come ti scatto la ‘foto’ del secolo

È noto che quasi tutte le galassie contengono nei loro nuclei un buco nero supermassiccio. Questi “mostri galattici” possono raggiungere fino a qualche miliardo di volte la massa del Sole e di solito sono circondati da un disco di accrescimento composto principalmente da gas e polvere. Nel caso della Via Lattea, si ritiene che la posizione del buco nero galattico corrisponda ad una radio sorgente complessa nota come Sagittarius A* (Sgr A*). Ma come tutti i buchi neri, finora nessuno è stato in grado di confermare la loro “reale esistenza” poiché non è possibile osservarli direttamente. Oggi, però, secondo un gruppo di ricercatori dell’Osservatorio Haystack del MIT ci potrebbe essere una possibilità.

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L’allineamento dei quasar lungo la rete cosmica

Una serie di osservazioni realizzate con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO hanno permesso di rivelare che gli assi di rotazione dei buchi neri supermassicci di un insieme di quasar sono paralleli gli uni agli altri su distanze che raggiungono i miliardi di anni luce. Inoltre, gli astronomi hanno trovato che l’asse di rotazione tende ad essere allineato con le vaste strutture della rete cosmica in cui essi risiedono.

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Gargantua, il primo buco nero più ‘realistico’ del grande schermo

Si tratta di una simulazione senza precedenti, quella concepita da uno degli esperti più rinomati nel campo dei buchi neri, che sarà protagonista del film Interstellar, un epico viaggio nello spazio scritto e diretto da Christopher Nolan, in uscita nelle sale il prossimo 7 Novembre. L’oggetto sembra ruotare quasi alla velocità della luce, trascinandosi con sè lo spaziotempo a causa della sua intensa attrazione gravitazionale. Una volta era una stella ma invece di dissolversi o esplodere è collassata sotto l’effetto della gravità in un ‘punto’ che gli astronomi chiamano singolarità.

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PSR J1023, si ‘accende’ una pulsar

Nel mese di Giugno del 2013, il satellite Fermi rivelò una variazione drammatica mai osservata prima in un sistema stellare binario peculiare contenente una stella di neutroni in rapida rotazione. I “radio fari” della pulsar scomparvero e allo stesso tempo l’emissione di alta energia sotto forma di raggi-gamma aumentarono di un fattore cinque. Continua a leggere PSR J1023, si ‘accende’ una pulsar

La diversa apparenza dei buchi neri supermassicci

This image shows galaxies clumped together in the Fornax cluster, located 60 million light-years from Earth. The picture was taken by WISE, but has been artistically enhanced to illustrate the idea that clumped galaxies will, on average, be surrounded by larger halos of dark matter (purple). Credit: NASA/JPL-Caltech

Uno studio di più di 170 mila buchi neri supermassicci, condotto grazie ad una survey del telescopio spaziale Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), ha permesso agli astronomi di riesaminare una teoria formulata qualche decennio fa che fa luce sul diverso aspetto con il quale si presentano questi particolari oggetti. Questa teoria unificata, proposta inizialmente alla fine degli anni ’70, aveva lo scopo di spiegare come mai i buchi neri, nonostante siano simili tra loro, appaiano completamente differenti. In altre parole, mentre alcuni si celano nelle polveri dei dischi di accrescimento altri sono più esposti e perciò maggiormente visibili.

NASA: NASA’s WISE Findings Poke Hole in Black Hole ‘Doughnut’ Theory

arXiv: The Angular Clustering of WISE-Selected AGN: Different Haloes for Obscured and Unobscured AGN

Una ‘danza stellare’ a ritmo elevato

bh_star_shortestIl telescopio spaziale XMM-Newton ha permesso recentemente di identificare una coppia stellare, cioè una stella e un buco nero che orbitano l’una attorno all’altro ogni 2,4 ore, un record che si abbassa di quasi un’ora.

Il buco nero, noto con la sigla MAXI J1659-152, è almeno tre volte più grosso del Sole in termini di massa mentre la sua compagna, una nana rossa, ha una massa di appena il 20% equivalente a quella solare. La distanza che li separa è di circa un milione di chilometri. La scoperta di questo sistema stellare ‘stretto’ risale al 25 Settembre del 2010 quando il satellite Swift identificò dei segnali che inizialmente sembrava fossero associati ad un gamma-ray burst. Qualche giorno dopo, il telescopio giapponese MAXI situato presso la Stazione Spaziale Internazionale trovò nella stessa posizione una sorgente brillante di raggi-X. Successive osservazioni sia da terra che dallo spazio hanno poi permesso di capire il fatto che i raggi-X provenissero da un buco nero che sta attirando la materia dalla stella compagna. Questo processo dà luogo alla formazione di un disco di accrescimento attorno al buco nero da cui è stato ricavato un periodo orbitale del sistema pari ad appena 2,4 ore. Il record precedente era stato mantenuto da un’altra sorgente di alta energia identificata da Swift e denominata con la sigla Swift J1753.5–0127 il cui periodo orbitale è di 3,2 ore. Il buco nero e la stella orbitano attorno al comune centro di massa e dato che la stella è molto più leggera essa tende ad allontanarsi da questo punto e a percorrere l’orbita alla fantastica velocità di 2 milioni di chilometri all’ora, quasi 20 volte più veloce della velocità orbitale della Terra e la più alta finora misurata in un sistema binario che emette raggi-X, mentre la velocità orbitale del buco nero è di circa 150 mila chilometri all’ora. Il sistema binario si trova al di sopra del piano galattico e si ritiene che faccia parte, assieme ad altri due casi, di una nuova classe di sistemi binari, cioè oggetti che sarebbero stati espulsi dal piano della nostra galassia forse durante la formazione dello stesso buco nero.

ESA: Black hole- star pair orbiting at dizzying speed

arXiv: MAXI J1659-152: The shortest orbital period black-hole transient in outburst

NGC 4845, il buco nero si alimenta di un ‘pasto leggero’

bh_jupiterGrazie ad una serie di osservazioni condotte con i telescopi spaziali XMM-Newton, Swift e MAXI gli astronomi sono stati in grado di identificare il ‘risveglio’ di un buco nero situato a circa 47 milioni di anni-luce nella galassia NGC 4845. Il buco nero si sta ‘cibando’, per così dire, di un oggetto stellare di piccola massa, probabilmente una nana bruna o un pianeta gigante gassoso, che si trova nelle sue immediate vicinanze. Un destino simile accadrà verso la metà del 2013 ad una nube di gas che si sta avvicinando al buco nero della Via Lattea, un fenomeno molto raro che permetterà per la prima volta di osservare in azione un buco nero mentre cattura, quasi in tempo reale, la materia che si trova nello spazio circostante (post).

La scoperta, che è avvenuta grazie alle misure dell’elevato flusso di radiazione (flare) nella banda dei raggi-X, è stata completamente una sorpresa dato che la galassia è rimasta inattiva per almeno 20-30 anni. Analizzando il flare, i ricercatori hanno potuto studiare la struttura del disco di accrescimento che circonda il buco nero e stimare così la massa dell’oggetto che rappresenta il ‘pasto’ trovando dei valori pari a 14-30 masse gioviane, consistenti con l’intervallo della massa delle nane brune che sono stelle mancate dato che non sono così massicce da iniziare il ciclo di fusione dell’idrogeno come avviene per le stelle. La massa del buco nero viene stimata attorno a 300 mila volte quella del Sole e sembra stia ‘giocando’, per così dire, con il suo ‘cibo’: infatti, gli astronomi hanno misurato un ritardo di 2-3 mesi tra il momento in cui l’oggetto è stato disintegrato e il periodo durante il quale il buco nero si è rifornito dei suoi resti che ammontano a circa il 10% della massa totale. Questi particolari eventi sono importanti per capire di più ciò che accade a oggetti di forme e dimensioni diverse quando si trovano nelle immediate vicinanze di un buco nero.

ESA: Black Hole wakes up and has a light snack
arXiv: Tidal disruption of a super-Jupiter by a massive black hole

Hubble ‘scova’ la supernova più distante

Nota con la sigla SN UDS10Wil, o SN Wilson in onore del 28° Presidente degli Stati Uniti Woodrow Wilson, si tratta di un oggetto appartenente ad una classe particolare di esplosioni stellari, denominate supernovae di tipo Ia, che gli astronomi utilizzano come ‘candele standard’ per determinare le distanze cosmiche e l’espansione dell’Universo.

Questo nuovo record di distanza ci permette di esplorare l’Universo delle origini e ci fornisce nuovi indizi su come si formano queste supernovae”, spiega David O. Jones della Johns Hopkins University in Baltimora. “Inoltre, da queste esplosioni stellari molto antiche possiamo ricavare una serie di informazioni indirette per comprendere l’evoluzione dell’Universo”. Oggi, uno dei problemi non ancora risolti riguarda la formazione di questa classe di oggetti. La scoperta dà credito ad una delle due teorie che tentano di spiegare il meccanismo che causa l’esplosione della stella. Nonostante i risultati siano preliminari, i dati suggeriscono che la supernova si sia originata dalla fusione di due nane bianche, lo stadio finale dell’evoluzione di una stella come il Sole. Le osservazioni di questi oggetti estremamente remoti fanno parte di un progetto scientifico, noto come CANDELS+CLASH Supernova Project. Iniziato nel 2010, si tratta di un programma di osservazioni a medio termine che vedranno il telescopio spaziale Hubble impegnato per tre anni allo scopo di monitorare le supernovae di tipo Ia estremamente distanti con l’obiettivo di determinare una eventuale variazione delle loro proprietà fisiche nel corso del tempo cosmico. Finora, CANDELS+CLASH ha rivelato più di 100 supernovae di tutti i tipi che si sono formate tra 2,4 e 10 miliardi di anni fa. I ricercatori sono stati in grado di identificarne otto come SN Ia che sono esplose più di 9 miliardi di anni fa, inclusa la SN UDS10Wil che, sebbene sia leggermente più vecchia di quella che manteneva il record precedente e cioè 9 miliardi di anni, permette di arretrare ancora più indietro la sua datazione di circa 350 milioni di anni. La ricerca di supernovae ai confini dell’Universo apre un nuovo modo di misurare l’espansione dello spazio dovuta all’energia scura. I dati raccolti dai ricercatori indicano una diminuzione netta del tasso di formazione delle SN Ia tra 7,5 miliardi di anni e oltre 10 miliardi di anni. Ciò vuol dire che il meccanismo principale che dà luogo alla formazione di questi oggetti è proprio la fusione di due nane bianche. Infatti, nel caso di una singola nana bianca, cioè quando la stella collassata si trova in un sistema binario e cattura materia dalla stella compagna formando un disco di accrescimento che causa l’esplosione della stella nel momento in cui viene superato un certo limite di massa, il tasso delle supernovae può diventare relativamente alto poiché alcuni sistemi di questo tipo possono raggiungere il momento dell’esplosione più rapidamente. Tuttavia, l’analisi dei dati favorisce l’altro sistema binario, cioè le due nane bianche, poiché durante le epoche primordiali della storia cosmica la maggior parte delle stelle sono ancora troppo giovani per diventare SN Ia. Riuscire poi a comprendere che cosa determini la formazione delle supernovae Ia ci permetterà di avere ulteriori indizi su quei processi che arricchiscono rapidamente lo spazio di elementi pesanti, come ad esempio il ferro. Le SN Ia producono, di fatto, circa metà del ferro presente nell’Universo, un elemento base importante per la formazione dei pianeti e della stessa vita.

HST: Hubble breaks record for furthest supernova

arXiv: The Discovery of the Most Distant Known Type Ia Supernova at Redshift 1.914

Swift J1357.2, una strana ‘struttura’ nel disco di accrescimento attorno al buco nero

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto di Astrofisica presso le Isole Canarie hanno trovato una chiara evidenza relativa alla presenza di una struttura nel disco di accrescimento di un buco nero che fa parte di un sistema binario che emette raggi-X. Questa struttura si presenta con un movimento a forma di onda e si dirige verso l’esterno.

Di solito, un sistema binario è costituito da due componenti, a volte si tratta di due stelle oppure, come nel caso di Swift J1357.2, le due componenti sono una stella e un buco nero, quest’ultimo il risultato dell’esplosione stellare. Nel secondo caso, il sistema stellare viene chiamato sistema binario a raggi-X perché il disco di accrescimento, costituito dal materiale stellare che è stato catturato dal buco nero, emette raggi-X. I ricercatori hanno trovato una struttura sulla parte esterna del disco di accrescimento che causa un abbassamento di luminosità del sistema binario, cosa che non può essere spiegata dall’orbita della stella compagna attorno al comune centro di massa e che viene descritta in appena 2,8 ore, il periodo più breve finora misurato. Un altro dato interessante è che la variazione di luminosità dura qualche volta pochi secondi. I ricercatori non sanno al momento che cosa sia questa struttura ma hanno trovato che essa non presenta variazioni periodiche il che indica che si trova distribuita lungo la verticale nascondendo così alla vista il buco nero. Inoltre, è stato osservato che la struttura si comporta come un’onda e si muove lungo il disco procedendo verso l’esterno e causando una rapida variazione di luminosità del sistema. Il fatto che questa struttura nasconda dalla linea di vista il buco nero è molto importante per lo studio di questi oggetti estremi e per verificare la loro reale esistenza. Infatti, dopo quasi cinquant’anni di studi e di osservazioni, ne sono stati confermati solo 18 nella Via Lattea appartenenti a questi sistemi binari e in nessuno di essi esiste un fenomeno di eclissi che blocchi l’emissione dei raggi-X. Gli scienziati hanno perciò ipotizzato che molti buchi neri non possono essere osservati a causa dell’angolo a cui essi si trovano rispetto alla linea di vista e, forse, questo potrebbe essere dovuto anche alla presenza di strutture simili a questa osservata nel disco di accrescimento di Swift J1357.2 che blocca, appunto, l’emissione dei raggi-X.

Representation of the X-ray binary Swift J1357.2-0933, consisting of a red (type M) star orbitting a black hole surrounded by an accretion disc. The upper panel helps to interpret the morphology of the system, although we are really viewing it edge on. The star completes an orbit about the black hole every 2.8 hours. In the edge-on view can be seen a raised structure (like a ‘donut’) in the accretion disc that produces eclipses of the light from the inner parts of the disc (those closest in to the black hole). This ‘donut’ orbits the black hole every few minutes repeatedly in more or less regular intervals, as can be seen in the graph (upper left). After a few days, the ‘donut’ expands and propagates like a wave in the accretion disc. The duration of the eclipses consequently lengthens since it is now farther away from the black hole, as can be seen in the upper right graph.
IAC: IAC researchers discovered the mysterious structure of a black hole seen edge on

arXiv: A Black Hole Nova Obscured by an Inner Disk Torus

NGC 1365, un buco nero supermassiccio e ‘superveloce’

Un’immagine agli ultravioletti della NGC 1365 ottenuta con GALEX.
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