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1/03/14

Un buco nero con i fiocchi! *

C’è buco nero e buco nero. Ormai sappiamo molto bene che le più celebri creature del Cosmo possono essere di due tipi. Quelli di tipo stellare, ultima fase evolutiva di una stella gigante dopo la sua esplosione come supernova; quelli galattici, veri  giganti, con masse che possono raggiungere miliardi di volte quella del Sole e che si annidano al centro delle galassie. Se l’origine dei primi è sufficientemente compresa, restano ancora molti dubbi sulla formazione dei secondi. Sono già nati enormi in una fase primitiva dell’Universo o si sono costruiti un po’ alla volta a partire da buchi neri stellari o, ancora, si sono ingigantiti attraverso l’unione di galassie?

Non è facile rispondere a questa domanda (magari, hanno lavorato tutti e tre i meccanismi) e la crescita dei buchi neri galattici rimane uno dei tantissimi problemi ancora aperti in astrofisica. In particolare, se essi fossero cresciuti aumentando la loro massa solo catturando e ingoiando materiale e/o attraverso l’unione di buchi neri stellari, sarebbe abbastanza normale trovare in giro per le galassie buchi neri di massa intermedia, da centinaia a migliaia di volte la massa del Sole. Anche se ogni tanto si dice di averne scoperto uno, la loro esistenza rimane molto dubbia.

Tuttavia, dobbiamo tener presente che non è facile osservare un buco nero. Nessun problema se esso è di tipo galattico ed è in piena attività: la sua potenza è tale che ciò che capita nel suo intorno è talmente energetico che la radiazione prodotta può essere osservata anche negli oggetti più antichi del Cosmo. Sempre che siano attivi, però, altrimenti, quando sono in fase quiescente, anch’essi si nascondono facilmente alla vista. Stiamo, ovviamente, parlando dei nuclei galattici attivi o -se preferite- dei quasar e dei loro fratelli.

Se esistono problemi per i “mostri” galattici, figuriamoci per quelli stellari. Un aiuto ci viene dato quando sono compagni di una stella normale e mantengono un’attività frenetica a causa del materiale della sorella che stanno fagocitando. Se sono isolati e in una zona tranquilla della galassia, la cosa diventa ben più difficile. D’altra parte si chiamano neri per un qualche motivo. Non possono emettere luce e la loro presenza si avverte solo per le ripercussioni sull’eventuale gas che li circonda e che viene riscaldato e reso luminoso mentre orbita o cade verso di loro. Spesso producono due getti di materia abbastanza stretti in direzioni opposte, una specie di urlo energetico che lancia particelle nello spazio a velocità prossime a quella della luce e a distanze incredibili. Come già detto, questo fenomeno “appariscente” è visibile nei buchi neri galattici in piena attività. Molto più difficile è vedere una situazione del genere in buchi neri stellari, la cui potenza è nettamente minore.

E’ facile capire l’interesse dei nuclei galattici attivi. Tuttavia, ricordiamo che essi rispecchiano una situazione “matura”, ossia essi hanno già passato il periodo di accrescimento che vorremmo capire per cercare di risalire alla loro formazione. Un serpente che si morde la coda. In fondo, sarebbe molto più interessante (si fa per dire) osservare buchi neri relativamente piccoli, mentre  evolvono in  qualche modo. Ma osservare questi in tempi antichi, quando sicuramente erano molto più frequenti, è molto difficile per la tecnologia attuale. Il serpente si morde due volte la coda!

Ogni tanto, però, si ha fortuna e buchi neri stellari riescono a raggiungere livelli energetici impressionanti, tali da non sfigurare nemmeno con i loro colleghi molto più massicci. Essi rappresentano un tassello che è importantissimo per capire come le galassie si sono evolute durante i miliardi di anni dell’Universo. Purtroppo, come già detto, questi “mostriciattoli” erano molto più frequenti nelle’Universo primitivo, dove e quando le stelle massicce erano la norma. Troppo distanti, nel tempo e nello spazio, per essere rivelabili, almeno per adesso. Ci si deve accontentare di quelli giovani e vicini a noi. Nella nostra galassia se ne conoscono ben pochi e non veramente potenti o attivi. Non rimane che osservare le compagne vicine e sperare in qualche colpo di fortuna. Questi buchi neri particolari, di tipo stellare, ma con manifestazioni simili a quelli galattici, vengono chiamati micro quasar (MQ). Malgrado il nome, restano comunque oggetti di tipo stellare.

Un gruppo di ricerca composto da australiani e americani ha studiato in grande dettaglio la galassia M83, situata a una distanza relativamente piccola da noi (meno di 15 milioni di anni luce), cercando qualche segno di un MQ. Chissà mai…Beh, la fortuna aiuta gli audaci e il colpo è riuscito. Un potentissimo MQ è stato localizzato senza ombra di dubbio ed è il più energetico mai rilevato finora.  E’ stato chiamato, con poca fantasia, MQ1. Eccolo lì, a distanza ideale per essere analizzato in tutti i suoi dettagli. Fin troppo facile! Immagino che ai ricercatori prudano letteralmente le mani nell’attesa di vivisezionarlo da ogni punto di vista.

Le prime osservazioni eseguite con diversi telescopi hanno confermato che MQ1 è realmente un “piccolo” oggetto, soprattutto se paragonato alle sue manifestazioni fantasmagoriche. Tra le varie risposte che il nuovo arrivato potrebbe dare vi è anche quello di come un buco nero così potente possa influenzare e /o comandare la formazione stellare nei suoi dintorni e non solo. Infatti, MQ1 sta scaraventando i suoi getti in direzione opposta e questi schiacciano, deformano e scaldano il gas interstellare. Di gas ce ne deve essere parecchio, dato che se il micro quasar è così potente lo deve soprattutto al materiale che lo sta “stuzzicando” e -in parte- cibando. Questi getti violentissimi aiutano la formazione stellare o disperdono la materia? MQ1 potrà dare molte risposte, senza scomodare i buchi neri galattici che hanno un’influenza globale su tutta la struttura. Capire come agisce MQ1 è un po’ come tornare indietro di almeno 12 miliardi di anni, quando le galassie in formazione “brulicavano” –probabilmente- di oggetti di questo tipo. Pensate che il buco nero più potente trovato nella Via Lattea (SS433) è solo dieci volte meno potente di MQ1. Come spesso capita, si impara di più guardando lontano che non vicino.

M83
La vicina galassia a spirale M83 e, nell’inserto, MQ1 con i suoi due getti, ripreso da Hubble. Il cerchietto blu nell’immagine grande indica la posizione di MQ1. Fonte: M83 - NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (WFC3/UVIS, STScI-PRC14-04a).MQ1 inset - W. P. Blair (Johns Hopkins University) & R. Soria (ICRAR-Curtin)

Qualche accenno alle dimensioni di MQ1. Il vero e proprio buco nero non dovrebbe superare i 100 km Attenzione: questo non vuol dire che un buco nero non tenda a diventare un punto singolare, significa solo che, fisicamente, esso ha delle dimensioni o quanto meno un orizzonte degli eventi che ne determina un confine, l’unico teoricamente osservabile.  Ricordiamoci che abbiamo un buco nero appena la massa dell’oggetto occupa uno spazio minore di quello del suo orizzonte degli eventi. Non vi è bisogno che sia diventato –se mai ci riuscirà- un punto senza dimensioni in cui è concentrata una massa mostruosa. Manteniamo la differenza tra matematica e fisica che abbiamo imparato a conoscere. Tuttavia, la zona interessata dall’azione violenta del piccolo mostro si estende ben oltre e i suoi getti raggiungono i venti anni luce. Il nome di micro quasar è, quindi, quanto mai azzeccato.

M83 è entrata in sala operatoria e, al suo capezzale, ha i migliori chirurghi del momento: Hubble, Chandra, il Compact Array australiano, Magellan e il VLA. Insomma, i più celebri specialisti per ogni lunghezza d’onda. Chissà se gli astrofili, che puntano spesso e volentieri il loro gioiello tecnologico verso M83, penseranno a quel piccolo mostro che si annida vicino al centro e capiranno la sua importanza? Speriamo di sì...

Articolo originario QUI

17 commenti

  1. beppe

    il raggio dell'orizzonte circa 100 km quindi la massa è compresa tra 30 e 50 masse solari? La stella originaria doveva essere mostruosa!! oppure buco nero di un ammasso?

  2. Stelle così ci sono sicuramente, anche se molte meno di una volta... No, no, nessun ammasso, se no si sarebbe parlato di buco nero di massa intermedia. Qui parliamo di una stella singola, anche se super...

  3. Pier Francesco

    Caro Enzo,
    Sarei interessato a conoscere qualcosa in più dei getti di gas relativistici, anche perché mi sembrano l'unico indizio che abbiamo per scovare il buco nero (oltre al disco di accrescimento).
    Da cosa sono prodotti? Dipendono forse dal fatto che il buco nero, per quanto ingordo, non lo è infinitamente e quindi se ingoia materia troppo in fretta non ce la fa a "digerirla" e la "risputa fuori", dopo averla naturalmente maciullata e riscaldata? Se è così, i buchi neri non sono mai veramente neri.

  4. No, no, Pier, i buchi neri non ricacciano indietro niente...
    i getti relativistici si originano nel materiale che accelera verso il buco nero e interagisce con il campo magnetico. Ne avevo parlato in dettaglio a proposito dell'effetto sincrotrone 
    http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2013/10/26/sincrotrone-chi-e-costui/
    ma anche altre volte... Tutto ciò che si origina attorno al buco nero avviene nel disco di accrescimento, al di fuori dell'orizzonte degli eventi. :wink:  

  5. SuperMagoAlex

    Tra i vari articoli di Enzo sui buchi neri, questo è uno dei migliori:
    http://www.astronomia.com/2013/03/05/scavando-in-fondo-al-buco/
     

  6. Lampo

    Rimango sempre affascinato dalla quantità di informazioni che si riescono ad estrapolare da una fotina apparentemente "insignificante" come quella del riquadro piccolo...

  7. Beh...caro Lampo... bisogna poi analizzarla convenientemente, dato che gli occhi non bastano... La quantità d'informazione che contiene è stupefacente. Siamo noi che non riusciamo a vederla... :wink:

  8. davide1334

    interessante questa cosa,comunque volevo sapere: come si fa a stabilire quanto sia antico? poi,proprio perchè non ricacciano indietro niente,non è che dalla massa che presentano si associa automaticamente la stella collassante che l'ha generato...magari dalla sua formazione ad oggi ha mangiato parecchio ed è ingrassato del doppio ,no?è una cosa possibile o l'eventuale ingrassamento post collasso è irrilevante sulla sua massa totale?

  9. caro davide,
    non è certo facile capire quando sia nato un buco nero, ma se appartiene a una galassia vicina ciò che vediamo è successo poco tempo fa (quindici milioni di anni). Sicuramente il buco nero si è ingrassato, ma non può certo mangiare di tutto e di più e si deve accontentare di ciò che gli arriva a portata di gravità... Tuttavia, la massa attuale può essere sovrabbondante rispetto a quella originaria... come dici tu.

  10. alexander

    grazie per l'articolo però non mi è chiara una cosa...
    E' definito microquasar per l'eccezionale potenza dei suoi getti dovuti al materiale intorno a lui oppure anche perchè ha una massa molto elevata per essere un buco nero stellare?
    100 km di orizzonte degli eventi non dovrebbero essere una massa particolarmente diversa dagli altri buchi neri o sbaglio?
    invece se non ho intererpretato male un tuo articolo, per quanto riguarda la formazione stellare potrebbe anche essere che la faciliti fino ad un determinato livello oltre il quale poi comincia a sfavorirla (insieme ai venti prodotti dalle sue figlie).... 

  11. caro Ale,
    direi entrambe le cose, ma soprattutto per la violenza dei suoi getti attivati dall'ambiente che lo circonda. Sulla formazione stellare hai ragione: non è ovvio quando aiutano e quando distruggono. In qualche modo fanno da regolatori delle nascite. Tuttavia, in questo senso, contano di più quelli galattici. Questo è, in fondo, un oggetto che agisce localmente. 

  12. supermagoalex

    Ciao Enzo sulla radiazione di Hawking che ne pensi? Potrà mai essere osservata? Se esistesse potrebbe portare, su tempi molto lunghi, all'evaporazione del buco nero?

  13. caro SMA,
    temo che non sarà mai veramente osservabile, a causa dei tempi mostruosi in cui opera. A meno di non trovare un buco nero primordiale delle giuste dimensioni: non troppo piccolo né troppo grande. E di essere capaci di scovarlo e di osservare ciò che gli capita intorno Mah... mi dà l'idea che rimarrà una teoria, brillante, ma sempre una teoria (come tante riflessioni del grande fisico)... Comunque, nella Scienza mai dire mai...

  14. alexander

    Però se un giorno in laboratorio fossimo in grado di poter creare un micro buco nero allora potremmo verificarla.
    Anche se per raggiungere quelle energie credo che ci vorranno ancora decine di anni, se mai riusciremo....
    Red mi ha detto, se non sbaglio, che deve essere un'energia 10 volte superiore all'attuale.... 

  15. Caro alexander, l'LHC raggiunge al massimo i 14 TeV, mentre occorrono energie dell'ordine dei 10 alla 16 TeV.... Cioè 10 milioni di miliardi di TeV...
    Ci mancano solo qualche milione di miliardi TeV per arrivarci.  :mrgreen:

  16. alexander

    ahh era elevato alla 16! :)
    Non è un dettaglio, ho proprio sbagliato :)    :oops:
    Ma allora la paura di qualche hanno fa sulla formazione di micro buchi neri a causa delle partenza del cern era follia pura?
    Non posso credere che non ci sia stato qualcuno che abbia chiarito bene la faccenda sui media italiani!
    Pensate che il figlio di una mia collega rimase talmente terrorizzato che non ando' a scuola per diversi giorni.... 

  17. alexander

    ops, direi che si scrive: qualche anno fa :)

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