5/12/15

Spaghetti magnetici vicini all’orizzonte degli eventi ***

I buchi neri sono spesso fraintesi da chi si avvicina a loro con un po’ troppa arroganza e senza averli studiati con attenzione. Mangiano tutto o invece continuano a emettere radiazioni? Sembrano domande stupide e invece si rincorrono sul web e non solo. Certe cose riguardano la meccanica quantistica, ma quelle più evidenti si fermano alla Relatività Generale. Attenzione a non mischiarle… Insomma, un insieme di concetti non semplici, ma che nuove osservazioni riescono a farci comprendere sempre meglio, se ci si accosta con le giuste basi scientifiche. Ecco la vera differenza tra loro (oggetti sicuramente misteriosi ma reali) e le teorie tipo araba fenice, che tutti pensano di conoscere, ma che nessuno sa dove e come trovare.

Molti pensano a un buco nero come a un “buco” capace di ingurgitare tutto ciò che gli capita a tiro. Il suo mestiere è quello di fare scomparire tutto, compresa la luce. No, non è proprio così. Il buco nero agisce e governa ciò che lo circonda. Questa azione, perfettamente descritta dalla RG, deriva dalla deformazione di ciò che esiste attorno a lui. Deformazione che nasce  da un qualcosa che non può essere fatto scomparire: la massa e la rotazione di ciò che contiene. Non sappiamo come si trasformi ciò che lo rimpinza, ma sappiamo molto bene cosa comporta la sua presenza. In qualche modo, anche se ingoia tutta l’informazione e non la restituisce, è comunque in grado di farsi … sentire e di agire.

Ecco perché il suo vero significato fisico si avvicina molto di più a un motore ultra efficiente che non a un passivo “mangione” inoperoso. Semplificando di molto la situazione, possiamo dire che la massa e la rotazione deformano drasticamente lo spaziotempo che li circonda. Lo spaziotempo si incurva per la gravità e  ruota trascinato dalla rotazione dell’oggetto invisibile, ma sicuramente “tangibile”. La materia che cade verso di lui deve quindi subire questi effetti, che da un certo punto di vista possiamo ancora considerare “informazione” proveniente dal buco nero, sempre che si intenda come informazione un qualcosa che  causi variazioni osservabili. Stiamo, quindi, bene attenti a non confonderci le idee: il buco nero svolge un'azione perfettamente osservabile al di fuori dei suoi limiti.

Parlavamo di motori molto efficienti. In realtà è così, dato che le ripercussioni esterne riescono a convertire l’energia della massa che sta cadendo in radiazioni che rivaleggiano con la luminosità delle stelle dell’intera galassia. Il motore è il buco nero, ma ciò che si vede è del tutto esterno, anche se agisce secondo le sue leggi. In questo senso, la materia che gli si avvicina ne viene “informata”. Oltre all’energia dovuta alla caduta c’è quella che si collega alla rotazione dello spazio tempo che causa una rotazione della stessa materia fino a farla "esplodere" nei celebri getti perpendicolari al piano di rotazione. In questo caso entra in gioco anche il campo magnetico. La prossimità di un buco nero è un luogo estremamente caotico e agitato, altro che un luogo di morte imminente e passiva.

Possiamo, allora, parlare liberamente del disco di accrescimento che identifica anche visivamente il buco “fittizio” che sta al suo interno. Lo stesso disco è una specie di biglietto da visita del buco nero: a seconda di quanto si riesca ad avvicinare all'orizzonte si può intuire se il buco ruota oppure no. Questo disco subisce una rotazione differenziata ed essendo magnetizzato di per sé, l’instabilità conseguente ne aumenta il campo fino a farlo diventare potentissimo. Un campo magnetico è una specie di autostrada per molte particelle che vengono incanalate secondo le linee di campo e sparano la loro energia attraverso radiazioni come quella di sincrotrone (ne abbiamo già parlato più volte). Un buco nero sprigiona luce dai suoi bordi e si rende ben visibile. Un piccolo grande paradosso che è ancora attuale.

I getti sono -forse- l’aspetto più evidente di questa radiazione. Tutto ciò è stato a lungo ipotizzato, ma mai si era riusciti a vedere direttamente ciò che capita nella zona più prossima all’orizzonte degli eventi, il luogo chiave del processo.

Osservazioni a lunghezze d’onda di 1.3 mm sono riuscite a descrivere ciò che capita fino a circa 6 volte il diametro dell’orizzonte degli eventi. Un piccolo-grande capolavoro regalatoci da un radiotelescopio che arriva a una risoluzione fantastica. La struttura del campo magnetico ha avuto una “visione” fantastica grazie a una rete di  radiotelescopi , l’ EHT (Event Horizon Telescope), le cui "dimensioni" arriveranno molto presto a simulare quelle dell’intero globo terrestre. EHT risolve caratteristiche dell’ordine di 15 micro secondi d’arco, una pallina da golf alla distanza della Luna.

Se si vogliono controllare i limiti esterni di un buco nero, questa risoluzione è indispensabile, I buchi neri, infatti, sono estremamente piccoli e compatti. Il nostro motore galattico ha una massa di solo 4 milioni di stelle come il Sole e il suo orizzonte degli eventi non supera i 10 microsecondi d’arco (meno dell'orbita di Mercurio). Le osservazioni hanno misurato la luce polarizzata linearmente, qualcosa che avviene negli elettroni accelerati che spiraleggiano attorno alle linee di campo magnetico. Studiare questa luce polarizzata vuol dire, quindi, studiare la struttura del campo magnetico.

Ciò che si è rilevato è che il campo, nella sua zona più interna  è alquanto disordinato e mostra strutture filiformi simili a spaghetti intrecciati. Queste peculiarità si associano a regioni molto più regolari e bene organizzate. Tutto il campo mostra oscillazioni rapidissime dell’ordine di 15 minuti. Una situazione veramente caotica, ma che getta una luce importante sui luoghi in cui nascono gli “spaghetti”magnetici e i getti relativistici. Una danza frenetica che scarica energia, trasmessa dagli elettroni verso lo spazio.

. Il campo magnetico vicino all'orizzonte deli eventi assomiglia a un intreccio di spaghetti più o meno ordinato e fluttuante.Fonte: M. Weiss/CfA
Il campo magnetico vicino all'orizzonte degli eventi assomiglia a un intreccio di spaghetti più o meno ordinato e fluttuante. Fonte: M. Weiss/CfA

Il risultato ottenuto è un record assoluto, ma quando l’EHT sarà completato si potrà sicuramente sfiorare l’orizzonte degli eventi e comprendere appieno il paradosso legato ai buchi neri: “Come mai sono così luminosi?”.

Stiamo per raggiungere il bordo del baratro… speriamo di non finirci dentro, se no diventiamo noi gli … spaghetti!

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4 commenti

  1. Mario Fiori

    Con questo radiotelescopio, che immagino sia( o sarà) un insieme di antenne sparse per il globo, ariveremo dunque molto vicino al buco vero e proprio, a questo punto più in là non sarà possibile visto che appunto è nero...

  2. caro Mario, eh sì, si dovrebbe vedere il buco nero, sempre che sia veramente nero dato ciò che succede nei suoi dintorni. L'orizzonte degli eventi è un confine tra due mondi, tra due fisiche e non sappiamo ancora cosa veramente si potrebbe vedere laggiù... la luce dovrebbe fermarsi (per noi osservatori esterni), ma dovrebbe anche scomparire a causa dell'arrossamento totale. Tutte le certezze vacillano e solo l'osservazione diretta ne darà la vera conferma.

  3. Tempo e spazio non si vedono la gravità sembra ci sia ovunque ma pure questa è fatta di niente,Non è che poi si scopriranno parenti molto stretti! :?:

  4. caro Gianni,
    per capire meglio la struttura dell'Universo bisognerebbe pensare molto più spesso ai "campi". Sono loro che permettono modifiche allo spazio-tempo o che lo rendono per così dire visibile. Oltretutto, lo spazio-tempo non è assolutamente vuoto, anche se non contiene materia. E' un turbinio di particelle che nascono e si annullano entro i limiti imposti da Heisenberg. Quello che realmente manca ancora è la particella mediatrice del campo gravitazionale... ma le onde gravitazionali potrebbero darci una risposta. In fondo, esse sono un po' simili alla marea. Variazione del campo gravitazionale che induce effetti più macroscopici sullo spazio tempo...
    Beh... lasciamo perdere... siamo ancora dei neonati rispetto a certe cose...

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