26/05/16

Facciamo chiarezza sui buchi neri galattici **

Questo articolo è stato inserito nella serie "L'Infinito Teatro dei Buchi Neri", che raccoglie in modo organico gli articoli più significativi sull'argomento.

 

Ne abbiamo parlato da poco, ma sembra che i buchi neri galattici stiano conquistando sempre più un posto di rilevo nella ricerca astronomica, a tal punto che riferire sui nuovi lavori può portare a grande confusione, sia perché si ripetono spesso le stesse cose, cambiando di poco i dati di partenza e/o le strategie descrittive (ma gridando quasi sempre alla scoperta), sia perché si vorrebbero fare nascere in qualche modo, senza limite alla fantasia.

La vera ragione di tutto ciò risiede sicuramente nell’importanza fondamentale che hanno nel governare l’evoluzione delle galassie e non solo, ma anche nella fama ottenuta dallo scontro che ha mostrato finalmente le onde gravitazionali. Come in TV, quando qualcosa fa notizia, tutti si avventano sullo stesso “osso”.

Piuttosto che continuare a scrivere news, preferisco fare il quadro della situazione in modo, magari semplificato, ma sicuramente sufficiente a chiarire le idee.

Essenzialmente i problemi sono due: (1) come sono nati i buchi neri galattici; (2) come agiscono all’interno delle galassie.

(1) Faceva troppo caldo

La materia, all’inizio dell’Universo, c’era già ed era facile raggiungere densità tali da comprimere il gas fino a costruire buchi neri di tutte le dimensioni, senza alcun bisogno di far nascere e morire stelle. Il problema era che il gas era troppo caldo e la densità non bastava.

Facciamo un esempio terra-terra. Immaginate di avere 100 soldati perfettamente preparati e ligi ai comandi. Ordinategli di ammassarsi (ammassamento! Era un grido che ben conoscevo…) in un gruppo molto stretto. In pochi secondi ci riuscireste (sempre che abbiate il giusto grado di ufficiale superiore), non volerebbe una mosca e non si muoverebbe un muscolo. I soldati sarebbero freddi abbastanza per essere compressi e diventare un “buco nero”.

Fate lo stesso, adesso, con 100 bambini dell’asilo mentre stanno giocando nel giardino. Potreste urlare a piacimento, ma il gruppo resterebbe comunque in movimento parossistico e arrivereste a sgolarvi senza ottenere un bel niente: i bambini sarebbero troppo caldi, non si concentrerebbero, e non riuscirebbero di certo a formare un “buco nero”.

Ecco, i primi momenti dell’Universo si svolgono a temperature così alte che il gas continuerebbe ad agitarsi senza farsi comprimere a sufficienza. Nemmeno la maestra “gravità” riuscirebbe a ottenere qualcosa.

Si deve aspettare che i bambini-gas si stanchino abbastanza e quando la loro temperatura scende di livello si può tentare di raggrupparli adeguatamente. Ne segue che, dopo la formazione degli atomi e dopo la radiazione cosmica di fondo, saremmo forse ancora in condizione di formare buchi neri considerevoli senza passare attraverso la creazione delle stelle.

Questa ipotesi è proprio quella che abbiamo riportato da poco QUI. Tuttavia, ci sono studiosi che vorrebbero ottenere molto di più. Se la temperatura era troppo alta, si poteva sempre utilizzare del “ghiaccio” speciale che imponesse una gravità sufficiente a far collassare la materia anche in quelle condizioni di movimento impetuoso. Ovviamente il ghiaccio sarebbe la ben nota materia oscura che, come un robot fantascientifico, non risentirebbe della temperatura. Ne basterebbe, però, relativamente poca, quel tanto che basta per creare dei “semi” primitivi capaci di accumulare materia normale e far nascere buchi neri di qualsiasi dimensione.

Insomma, una via di mezzo: la materia oscura “vera” serve per innescare il processo e poi la materia oscura “finta” (ossia la materia normale) si accumula sui semi per formare buchi neri primordiali. Questi sarebbero buchi neri veramente primordiali, mentre quelli discussi precedentemente sarebbero quasi-primordiali.

Ovviamente, guardando nella radiazione di fondo, soprattutto quella X e quella infrarossa, si sono già trovate indicazioni che qualcosa del genere avrebbe potuto essere la soluzione tanto agognata. Infatti, i buchi neri primordiali sarebbe neri per definizione (oscuri), ma le loro interazioni con la materia normale la ecciterebbe facendola risplendere in certe lunghezze d’onda (un po’ quello che capita nei dischi di accrescimento al centro delle galassie).

La faccenda diventa molto interessante anche per le onde gravitazionali. Il Cosmo sarebbe pieno di buchi neri vaganti e pronti a colpire. Materia oscura come fantasmi sparsi un po’ ovunque. Anche i fantasmi, però si scontrano e, quando questo succede, ecco che rileviamo le onde gravitazionali come quelle di pochi mesi fa!

Tutto molto suggestivo, ma l’idea di buchi neri di 30 masse solari l’uno, al posto della materia oscura, che in fondo sembrava abbastanza inoffensiva (al limite piegava un po’ la luce), non mi tranquillizza tanto. Se un giorno vedessimo un eclisse di Sole non prevista sarebbe ora di preoccuparsi non poco…

A parte gli scherzi, questa è la situazione odierna: un legame che si cerca di creare tra buchi neri primordiali e materia oscura. Personalmente io preferisco l’ipotesi dei buchi neri quasi-primordiali. In fondo anche loro potrebbero non essersi tutti accasati e potrebbero rimanere solitari all’interno degli ammassi galattici e giocare a piegare la luce in modo anomalo.

La galassia di destra succhia materia dalla galassia di sinistra. Le terribile abbuffata mette in moto il motore centrale eda lui parte un terribile vento caldo che blocca ogni nascita stellare. Fontet: Kavli IPMU
la radiazione di fondo infrarossa mostra distribuzioni che potrebbero indicare la presenza di un numero enorme di buchi neri primitivi. Fonte: NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

(2) Buchi neri accasati

Lasciamo stare i vagabondi del cielo, i fantasmi che stanno quasi assomigliando alle onde di probabilità quantistiche, e occupiamoci dei buchi neri che si sono piazzati al centro delle galassie.

Ne abbiamo letto di tutte e di più, ma alla fine si arriva sempre alla stessa soluzione. Essi rappresentano il motore dell’intera struttura: se funzionano o se non funzionano le cose cambiano drasticamente.

In realtà, il motore sembra agire al contrario di quello delle automobili. Se si ferma, la vita della galassia diventa movimentata e allegra: nascono stelle un po’ ovunque e la galassia si illumina d’azzurro. Se, invece, il motore viaggia a pieni giri, la galassia si blocca e sembra arrossire per la vergogna. La vergogna non è altro che la temperatura del gas che sale troppo e non permette alla materia di accumularsi. I buchi neri riscaldano il gas che cade verso di loro e in parte lo soffiano indietro un po’ dovunque. Una specie di vento stellare (o “buconerale”?).

Qualcosa di simile alle fasi primigenie dell’universo, ma su scale ben più piccole come ordini di grandezza. Inoltre in quei tempi antichi non c’era bisogno di vento buconerale per tenere calda la materia ultra compressa.

Buchi neri galattici come regolatori delle nascite stellari. In linea di massima sembrerebbe funzionare bene e i lavori che “scoprono” questo effetto si moltiplicano (pur dicendo sempre la stessa cosa in modo leggermente diverso).

In realtà, le cose sono un po’ più complesse e articolate. Le galassie si scontrano tra di loro. Un momento magnifico perché il gas delle due galassie si mischia e si addensa. Le migliori condizioni per riprendere una vita attiva. Attenzione, però, la faccenda dura poco, perché i buchi neri hanno nuovamente molto cibo a loro disposizione e fanno in fretta a riattivarsi e a scaldare con il loro “vento” impetuoso l’intera struttura.

La galassia di destra succhia materia dalla galassia di sinistra. Le terribile abbuffata mette in moto il motore centrale eda lui parte un terribile vento caldo che blocca ogni nascita stellare. Fontet: Kavli IPMU
La galassia di destra succhia materia dalla galassia di sinistra. La terribile abbuffata mette in moto il motore centrale e da lui parte un terribile vento caldo che blocca ogni nascita stellare. Fonte: Kavli IPMU

Insomma, i periodi in cui le stelle possono procreare sono abbastanza limitati. “Poche ma buone” sembrano dire i buchi neri delle galassie quiescenti come la nostra.

Tuttavia, il discorso ha anche un risvolto del tutto opposto. Il vento buconerale potrebbe non essere così impetuoso da scaldare la materia, ma potrebbe solo agitarla e favorire scontri e nascite inaspettate.

Riassumendo, possiamo dire senz’altro che i buchi neri galattici rivestono un’importanza fondamentale sia per l’evoluzione della loro casa, sia per gli abitanti che la popolano. Devono poi sempre essere pronti agli incontri che si susseguono costantemente. Data la loro grande importanza strategica è, quindi, fondamentale capire come sono nati, se attraverso un accrescimento post-stellare o se molto prima, magari con l’aiuto della materia oscura.

Bene, abbiamo fatto un po’ di sintesi giocoforza semplificata, ma in questo modo evitiamo di riportare gli innumerevoli articoli, più o meno fantasiosi e/o più o meno ripetitivi, che in questo momento occupano le prime pagine della scienza più mediatica…

Riporto solo qualche link QUI, QUI e QUI

NEWS!! All'interno dei getti dei buchi neri sono state scoperte stelle neonate che probabilmente saranno lanciate nel vuoto intergalattico (forse QUESTA potrebbe essere una di loro)

4 commenti

  1. Mario Fiori

    Enzo che succede?Adesso la materia oscura potrebbe esserci veramente? Si , è vero, sarebbe rappresentata da dei loschi figuri che circolano per l'Universo o si piazzano al centro delle Galassie e le mettono in riga, ma comunque si parla sempre di materia oscura. Interessante ma , la si potrebbe chiamare in altro modo? Mi fà venire un po' di orticariaa scienza...mediatica.

  2. la materia invisibile... va meglio? :mrgreen:

  3. Mario Fiori

    Grazie Enzo mi stanno già passando le bollicine...hai un effetto...cortisonico :mrgreen:

  4. Gianni Bolzonella

    “Voi che credete di aver preso a nolo la verità, non presentatevi davanti ai miei occhi,
    perché non voglio vedervi.
    Ho conosciuto la vostra giustizia e la vostra verità. Non presentatevi davanti ai miei
    occhi, perché non voglio vedervi.”.

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