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Caccia aperta alle onde gravitazionali

Se da un lato il bosone di Higgs ha rappresentato per molto tempo il “ricercato” numero uno da parte dei fisici delle particelle, motivo per cui il grande collisore adronico LHC è stato costruito, dall’altro la ricerca delle onde gravitazionali costituisce uno degli obiettivi prioritari a cui gli astronomi si stanno dedicando da qualche tempo.  Continua a leggere Caccia aperta alle onde gravitazionali

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Verso l’esplorazione ‘ravvicinata’ di Sgr A*

Gli scienziati vogliono rispondere ad alcune domande, ancora aperte, su ciò che accadendo nelle regioni centrali della nostra galassia. Ad esempio, ci si chiede se la materia stia cadendo o se invece viene espulsa dal buco nero supermassiccio. Nessuno lo sa per certo, ma oggi un astrofisico della University of California, a Santa Barbara, è alla ricerca di risposte. Carl Gwinn, un professore del Dipartimento di Fisica, e colleghi hanno analizzato le immagini raccolte dalla sonda russa RadioAstron. I loro risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters. Continua a leggere Verso l’esplorazione ‘ravvicinata’ di Sgr A*

Un buco nero ‘accanito divoratore’ della sua stella compagna

Gli astronomi hanno scoperto un buco nero che sta consumando il gas della stella compagna ad un ritmo 10 volte più veloce di quanto ipotizzato. Il buco nero, denominato con la sigla P13, si trova nelle regioni periferiche della galassia a spirale NGC 7793 a circa 12 milioni di anni-luce dalla Terra nella costellazione dello Scultore e la quantità di materia che sta catturando è equivalente a 100 miliardi di miliardi di hot dog al minuto. La scoperta è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature. Continua a leggere Un buco nero ‘accanito divoratore’ della sua stella compagna

WISE rivela milioni di buchi neri e ‘hot DOG’

La missione spaziale Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ha permesso di rivelare recentemente una notevole quantità di buchi neri supermassicci e galassie ‘hot DOGs’ (Dust Obscured Galaxies).

Le immagini realizzate dal telescopio spaziale per raggi-infrarossi mostrano milioni di candidati buchi neri mascherati dalle polveri e circa un migliaio di oggetti che si possono considerare tra le galassie più brillanti mai osservate. “WISE ha messo in luce tutta una serie di oggetti nascosti dalle polveri cosmiche”, spiega Hashima Hasan, James Webb Space Telescope program scientist presso la NASA Headquarters a Washington“Abbiamo trovato un asteroide che ‘danza’ davanti all’orbita terrestre, oggetti di tipo stellare a bassissima temperatura e ora buchi neri supermassicci e galassie brillanti celati dalle polveri”. Queste ultime scoperte stanno aiutando gli astronomi a capire meglio come si formano ed evolvono le galassie e i buchi neri che risiedono nei loro nuclei. In uno dei progetti scientifici che sono stati proposti, gli astronomi hanno utilizzato WISE per identificare circa 2,5 milioni di buchi neri supermassicci in piena attività fino a distanze superiori a 10 miliardi di anni-luce. Circa il 70% di questi oggetti non sono mai stati rivelati in precedenza a causa della polvere che blocca la luce. Nonostante ciò, WISE è stato in grado di farlo poichè la materia che si accresce attorno ai buchi neri viene riscaldata e quindi può essere facilmente rivelata nella banda dell’infrarosso. Per quanto riguarda le galassie, si tratta di oggetti estremamente brillanti che possono emettere una quantità di luce più di 100 trilioni di volte quella del Sole. Le galassie sono completamente immerse nelle polveri e possono essere rivelate solamente a lunghezze d’onda molto lunghe della banda dell’infrarosso. Grazie anche alle immagini catturate dal telescopio spaziale Spitzer è stato possibile rivelare la presenza di buchi neri supermassicci e una elevata attività di formazione stellare. “Queste galassie immerse nelle polveri sono estremamente attive e rare allo stesso tempo. Abbiamo dovuto esplorare l’intero cielo prima di osservarle” spiega Peter Eisenhardt project scientist di WISE presso il JPL“Inoltre abbiamo evidenze che le galassie hanno dato vita ai loro buchi neri prima che si sono formate la maggior parte delle stelle. In altre parole, le uova sono nate prima delle galline”. Altre immagini ottenute combinando le osservazioni del Caltech’s Submillimeter Observatory a Mauna Kea suggeriscono che queste galassie sono almeno due volte più luminose rispetto alle altre galassie brillanti rivelate nell’infrarosso. Gli astronomi ritengono che una spiegazione sia legata alle polveri che vengono riscaldate dall’estrema attività dei buchi neri. Forse stiamo osservando una nuova e rara fase di evoluzione galattica.

ArXiv 1: Mid-Infrared Selection of AGN with the Wide-Field Infrared Survey Explorer. I. Characterizing WISE-Selected AGN in COSMOS

ArXiv 2: The First Hyper-Luminous Infrared Galaxy Discovered by WISE

ArXiv 3: Submillimeter Follow-up of WISE-Selected Hyperluminous Galaxies

La teoria del ‘big burp’ secondo Greg Sivakoff

Grazie ad una serie di osservazioni condotte dalla Terra e dallo spazio per mezzo del satellite RXTE, un gruppo di astronomi guidati da Greg Sivakoff dell’University of Alberta stanno tentando di studiare un fenomeno astrofisico di alta energia che riguarda l’emissione di getti di plasma che emergono dalle regioni centrali del disco di accrescimento che circonda un buco nero. Sivakoff è convinto che lo studio di questo oggetto esotico, denominato con la sigla H1743-322, può fornire nuovi indizi non solo sulla formazione dei getti relativistici e la presenza dei dischi di accrescimento ma anche sugli effetti che i getti hanno nel processo evolutivo delle galassie. Il buco nero è interessante perchè espelle materia sottoforma di getti ogni circa otto mesi.

ArXiv 1:  Disc-jet coupling in the 2009 outburst of the black hole candidate H1743-322

ArXiv 2:  Radiatively e cient accreting black holes in the hard state: the case study of H1743322

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]

Una popolazione di galassie attive apparentemente ‘scomparse’

Si ritiene che una nuova popolazione di galassie attive (curva arancione) contribuisca alla radiazione cosmica di fondo nella banda dei raggi-X (curva blu). Entrambe mostrano delle forme spettrali simili e i relativi picchi si trovano a valori simili di energia. Se si sommano i contributi di altre popolazioni di galassie attive (curve in giallo e viola) si trova il fondo aspettato.
Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il satellite Swift, un gruppo internazionale di ricercatori hanno confermato l’esistenza di una popolazione di galassie attive che ospitano buchi neri supermassicci. Nonostante l’emissione di alta energia sia alquanto debole, gli astronomi affermano che queste sorgenti di raggi-X potrebbero essere la “punta dell’iceberg”, in altre parole, il loro numero ammonterebbe a solo un quinto di tutte le galassie attive.

Queste sorgenti di raggi-X sono dappertutto” spiega Neil Gehrels, investigatore principale di Swift, “solo che, prima di Swift, erano troppo deboli e oscurate per essere identificate“. La maggior parte delle galassie ospitano un buco nero gigante nei loro nuclei e quelle rivelate da Swift possiedono masse pari ad almeno 100 milioni di masse solari. In una galassia attiva, la materia che si accresce attorno al buco nero va ad alimentare l’emissione di alta energia e in funzione di come essa emerge ed è orientata nello spazio, rispetto alla nostra linea di vista, ci permette di distinguere due classi principali di galassie attive che sono tra gli oggetti più luminosi dell’Universo: i quasar e i blazar. Da qualche tempo, gli astronomi hanno creduto che la radiazione cosmica di fondo nella banda dei raggi-X fosse sottostimata finchè Swift ha permesso di rivelare questa popolazione vicina di oggetti alquanto brillanti e apparentemente “invisibili” agli strumenti. Dunque, pare che questa popolazione di galassie attive, cioè quella in cui i buchi neri sono oscurati dal disco di gas e polveri e che si sono formati quando l’Universo aveva una età di circa 7 miliardi di anni, contribuisca maggiormente alla radiazione di fondo nella banda dei raggi-X il cui andamento, sommato a quello dovuto ad altre popolazioni di galassie attive, descrive quasi perfettamente lo spettro risultante del fondo dei raggi-X, come ci si dovrebbe aspettare.

Lo ‘spin’ dei buchi neri e la formazione dei getti

Una immagine ottica della galassia ellittica gigante M87 che ospita un buco nero supermassiccio. Nell’immagine si osserva anche un getto di materia che si diparte dal nucleo della galassia. M87 fa parte di un ammasso di galassie. Alcuni recenti dati indicano che la rotazione del buco nero alimenti il getto.
Credit: Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, U. Arizona

I buchi neri supermassicci, oggetti la cui massa va da qualche milione a qualche miliardo di masse solari, si trovano nei nuclei delle galassie attive dove essi sono responsabili di alcuni fenomeni spettacolari visibili nell’Universo. Le condizioni ambientali possono, ad esempio, generare dei getti relativistici di particelle che si estendono nello spazio per migliaia di anni-luce. Si ritiene che queste strutture, scoperte inizialmente alle lunghezze d’onda radio, siano alimentate dalla materia che si accresce attorno al buco nero. I processi fisici che portano alla formazione dei getti sono tra i più importanti dibattuti nell’ambito della moderna astrofisica.

Uno dei meccanismi principali che si pensa guidi il processo che genera il flusso di particelle a formare i getti è l’accrescimento di materia attorno al buco nero, durante il quale emergono una serie di fenomeni di emissione di radiazione che alimentano appunto i getti. Ma i buchi neri possono ruotare e un singolo buco nero può immagazzinare una tale quantità di energia pari a quella emessa dalla Via Lattea nel corso della sua vita, o forse più. Brian McNamaraMina Rohanizadegan e Paul Nulsen hanno esaminato questa enorme sorgente di energia per verificare se essa sia in grado di alimentare i getti. I ricercatori hanno esaminato ammassi di galassie che presentano una attività associata alla presenza di buchi neri. Confrontando i dati con il loro modello, essi hanno trovato che la rotazione del buco nero è consistente con le osservazioni anche se non necessariamente migliore del modello del disco di accrescimento. Nonostante occorreranno ulteriori dati per discriminare quale dei due scenari sia più efficiente per alimentare i getti, questi risultati indicano che la rotazione dei buchi neri è in generale un parametro che bisogna considerare.

ArXiv: Are Radio AGN Powered by Accretion or Black Hole Spin?

SAO 206462, la struttura del disco a spirale

L’immagine mostra due braccia a spirale che emergono dal disco di accrescimento composto essenzialmente da gas attorno a SAO 206462, una stella ancora giovane che si trova nella costellazione del Lupo. Le osservazioni sono state realizzate con il telescopio Subaru grazie allo strumento HiCIAO. Il disco si estende per circa 10 miliardi di chilometri equivalente a circa due volte l’orbita di Plutone.
Credit: NAOJ/Subaru

Da quando Galileo puntò per la prima volta il telescopio verso il cielo, gli astronomi hanno studiato una grande varietà di stelle catalogandone alcune decine di milioni, come stelle nane, stelle giganti, stelle esplose, stelle binarie e così via. Si potrebbe pensare di aver osservato ogni tipo di stella nella Via Lattea ma di recente il telescopio Subaru ha regalato ai ricercatori una sorpresa: una stella dove sono presenti braccia a spirale. 

La stella è stata denominata SAO 206462 e si trova a più di 400 anni-luce nella costellazione del Lupo. Si tratta di una stella ancora giovane in termini di evoluzione stellare che ha attratto l’attenzione degli astronomi a causa della presenza di un disco circumstellare, cioè un disco di accrescimento composto di polvere e gas che circonda la stella, all’interno del quale gli scienziati ritengono che possano esistere protopianeti in formazione. Ma osservando più attentamente sono stati rivelati braccia a spirale, un fatto decisamente sorprendente dato che queste strutture si osservano di solito nelle galassie. Una delle ipotesi è che la presenza dei bracci a spirale può essere un segnale della formazione dei pianeti. Tuttavia, ciò non è ancora chiaro e i ricercatori sottolineano che eventuali i processi non correlati alla formazione di pianeti potrebbero dar luogo a queste strutture insolite. Insomma, finchè non avremo più informazioni o finchè non saranno rivelati gli stessi pianeti, non possiamo attualmente essere certi su quale sia la vera origine di queste strutture a spirali.

E’ pronta la ‘cena’ del buco nero della Via Lattea

Le immagini riprese nel corso degli ultimi dieci anni con lo strumento NACO del VLT mostrano il moto della nube di gas verso il buco nero galattico. E’ la prima volta che gli astronomi osservano un fenomeno di questo tipo che, secondo i calcoli, culminerà nel 2013.
Credit: ESO/MPE

Un gruppo di astronomi hanno calcolato la traiettoria di collisione di una nube gigantesca di gas che sarà molto vicina al buco nero della nostra galassia verso la metà del 2013. Si tratta di un fenomeno molto raro che permetterà per la prima volta di osservare in azione un buco nero mentre cattura, in tempo reale, la materia che si trova nello spazio circostante.

I prossimi anni saranno davvero fantastici perché avremo la possibilità di osservare questo fenomeno quasi in diretta”, spiega Reinhard Genzel uno dei responsabili delle osservazioni che saranno condotte con il Very Large Telescope dell’ESO. “Man mano che si avvicina al buco nero, la nube di gas sente sempre più la sua influenza gravitazionale e alla fine si frammenterà. Non abbiamo mai osservato un fenomeno del genere”. Le misure effettuate a Giugno del 2012 indicano che la nube di gas si trova a circa 36 ore-luce (ossia 40 mila milioni di chilometri) dal buco nero, dunque ad una distanza estremamente piccola in termini astronomici. Inoltre, ulteriori calcoli mostrano che la velocità del gas è raddoppiata rispetto agli ultimi 7 anni e oggi è dell’ordine di 8 milioni di chilometri all’ora. Si stima poi che la massa della nube di gas è circa tre volte la massa della Terra e che la sua densità è molto più elevata rispetto a quella del gas caldo distribuito sul disco di accrescimento che circonda il buco nero. Data l’enorme forza gravitazionale che eserciterà il buco nero, gli astronomi si aspettano che la nube si allungherà assumendo l’aspetto di uno spaghetto per poi essere distrutta completamente dalle forze di marea. Durante il processo di avvicinamento, ci si aspetta che la nube diventi sempre più calda al punto da emettere raggi-X come risultato dell’interazione con il buco nero. Nonostante godremo lo spettacolo da una distanza di 27 mila anni-luce, gli astronomi sono già pronti a seguire l’evento dal quale si spera di ottenere tutta una serie di nuove informazioni sull’astrofisica dei buchi neri.

Ulteriori info: http://www.youris.com/Environment/Space/A_Black_HoleS_Dinner.kl