1/06/18

L'INFINITO TEATRO DEI BUCHI NERI (5): Ma quanti siete???

Questo articolo è stato inserito nella pagina d'archivio dedicata ai buchi neri, che tratta l'argomento in modo organico.

 

Chi di noi (almeno quelli che sono abbastanza "grandi") non ricorda la mitica scena del fiorino nel film "Non ci resta che piangere"? :-D

 

Chissà quanti fiorini incasserebbe questo solerte agente del Fisco, se girovagasse nel Cosmo e ne chiedesse uno ad ogni buco nero che incontrasse sulla sua strada... Non siamo in grado di fare un calcolo preciso, ma di una cosa possiamo essere ragionevolmente certi: diventerebbe l'uomo più ricco del mondo!

Infatti, se è vero che la tecnologia non ci consente ancora di individuarli tutti, è anche vero che estrapolazioni statistiche basate su osservazioni e dati reali ci consegnano la quasi certezza (un margine di dubbio è sempre d'obbligo) che la Via Lattea - quindi ogni galassia nell'Universo - ne sia stracolma!

Vediamo perché...Daniela

 

QUANDO I BUCHI NERI SONO VERAMENTE NERI

29/6/2016

Sembra di essere tornati a molti anni fa, quando si diceva: “L’idea dei buchi neri è affascinante… peccato che non si possano vedere e quindi confermare!”. Poi le cose sono cambiate, grazie soprattutto ai buchi neri galattici. Sì, ma quelli stellari…?

I buchi neri dovrebbero essere neri per definizione. Tuttavia, la loro massa rimane e così anche la deformazione spaziotemporale che li circonda. Senza pensare ai buchi neri galattici, che si mettono in evidenza grazie al disco di materia che aspetta il proprio turno per essere “ingoiato”, i getti che si lanciano dai poli e le orbite delle stelle più audaci che gli girano attorno, rivolgiamoci a quelli più semplici e sicuramente molto numerosi (le stelle devono evolvere!): i buchi neri stellari.

La loro massa è relativamente piccola (poche masse solari e non milioni o miliardi) e sperare che la luce di una stella più lontana venga deviata dal loro campo gravitazionale, secondo la  relatività generale, è un colpo di fortuna più unico che raro. Oltretutto, se la stella esplosa non mostra più i segni della nebulosa che è scappata verso l’esterno andando a inseminare la galassia di cui fa parte, si ha di fronte proprio un buco nero totalmente nero. C’è da sperare che mangi qualcosa e formi il suo disco e/o magari si decida a mandare i suoi getti. Insomma, dobbiamo ammettere che il vecchio problema di scoprire un buco nero stellare non è cosa semplice.

Forse, proprio per le difficoltà intrinseche osservative, la ricerca di questi non ha avuto l’appoggio di idee veramente innovative.

Tuttavia, la maggior parte delle stelle sono doppie e se una delle due diventa nana bianca può innescarsi il celebre e altruistico movimento di materia dalla stella ancora “normale” verso la compagna piccola, ma affamata. Si può facilmente arrivare al superamento della massa critica e la nana bianca si trasforma in stella di neutroni o in un buco nero.  Un’occasione ghiotta, ma quante compagne rimangono “in loco” per mostrare con la propria orbita che stanno girando attorno a qualcosa che non si vede ma c’è?(A proposito, vi siete mai chiesti cosa succederebbe all’orbita della Terra se il Sole diventasse un buco nero? Niente di niente…). E vederle rivolvere non è certo facile. L’ideale sarebbe che le compagne rimaste continuassero a fornire cibo al buco nero. Sì, è possibile, ma su scale di massa così “piccole” ci vuole altro che l’astronomia ottica.

E, allora, ecco che si deve sperare in un colpo di fortuna, capace di innescare un nuovo interesse e probabilmente una strategia operativa non veramente difficile (almeno teoricamente).

Guardando verso il bellissimo ammasso globulare M15 è da decenni che si è notata una sorgente radio piuttosto brillante, VLA J2130+12. Nessun problema… le conosciamo bene. Essa è “quasi” sicuramente una galassia lontana che emette nel radio.

In un modo o nell’altro, comunque, la sorgente è stata recentemente studiata da un gruppo di telescopi niente male, come quello di Arecibo, l’EVN (European Very Long Baseline Interferometry Network) e quello di NSF's Green Bank.

Accidenti! non è una galassia lontana, ma una sorgente ben più vicina che dista solo 4200 anni luce da noi, molto meno di M15. Non resta che chiedere l’aiuto a Chandra, mago dei raggi X. Detto fatto: anche quando non vede niente, Chandra risolve sempre un problema. Pochissimi raggi X, mentre nel radio la luminosità è immutata.

buconeroradio

Combinando i dati Chandra con queli di altri telescopi si è scoperta la vera natura della radio sorgente VLA J2130+12. Non è una radio-galassia lontana, ma un buco nero ben più vicino. Le stime sui buchi neri quiescenti della nostra galassia devono essere completamente riviste. I due riquadri mostrano come nei raggi X si veda veramente “nero”, mentre nel radio si nota una sorgente molto luminosa (o rumorosa, se preferite). Fonte: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alberta/B.Tetarenko et al; Optical: NASA/STScI; Radio: NSF/AUI/NRAO/Curtin Univ./J. Miller-Jones

Non ci vogliono molti calcoli per stabilire che, sotto queste condizioni, l’oggetto misterioso può essere solo un buco nero, che sta mangiando in modo quasi impercettibile da una compagna piccola, invisibile, ma ancora altruista come pochi. La massa del buco nero non supera qualche massa solare. Un buco nero piccolo e veramente elusivo, se non fosse per la sua compagna sempre fedele (ma come possiamo scoprire un buco nero che vive da solo? Per ora è impossibile, ma un recente studio teorico apre la strada ad una interessante possibilità…)

Si potrebbe dire: “Che colpo di fortuna!” (ma anche i colpi di fortuna come, per esempio, questo, questo, questo e questo sono necessari per fare Scienza). Tuttavia, ora non è più facile chiudere gli occhi, anche se solo nel radio. La nostra galassia deve essere piena di buchi neri, dato che ha posseduto moltissime stelle giganti in tempi passati. Non resta che cercare almeno quelli che hanno questa strana anomalia: forte mormorio radio e debolissima luce X. Solo una punta dell’iceberg, ma è meglio che niente per cominciare a pensare in grande.

I primi calcoli statistici ci dicono che di buchi neri “quieti” o quasi quieti potrebbero esisterne milioni nella nostra Via Lattea. E potrebbero anche essercene ben più vicini a noi…

Diciamolo molto piano, però… Se questa news arriva alle orecchie dei media siamo finiti: altro che Nemesis o pianeta killer, ci prospetterebbero frotte di buchi neri vagabondi in rotta di collisione con il nostro Sistema Solare. Silenzio, mi raccomando! Comunque, sembra proprio che esistano e sono buchi neri veramente neri (altra massa che si aggiunge…).

Articolo originale QUI

QUI l'articolo pubblicato il 29/6/2016 e, a seguire, gli eventuali commenti

 

BUCHI NERI A GOGO'

8/9/2016

Si sa che devono essere tanti, ma il vederli è tutta un’altra cosa. Stiamo parlando dei buchi neri di massa stellare. Quanti se ne sono formati a partire dalla nascita delle prime stelle? Essi sono ancora lì ad aspettare che qualcuno li osservi. Senza una compagna che li sfami in diretta, però, la faccenda rimane problematica (QUI abbiamo analizzato i vari metodi usati per identificarli). Tuttavia, gli ammassi globulari potrebbero averli conservati e mostrarceli dinamicamente. In fondo la loro massa non scompare…

Prendiamo un bell’ammasso globulare. La sua età è sicuramente molto elevata e le sue stelle ne hanno viste di tutti colori. Moltissime sono esplose molto in fretta come supernove e molte fra di esse si sono trasformate in buchi neri.

L’idea più seguita era che, a seguito dell’esplosione, ciò che rimaneva poteva essere stato “lanciato” al di fuori della struttura così rispettosa della sua privacy. Buchi neri a zonzo nello Spazio. Oggetti non solo invisibili, ma praticamente impossibili da scoprire. Tuttavia, qualcuno sarebbe potuto rimanere all’interno del gruppo e si sarebbe potuto “vedere” attraverso una stella che dà cibo a qualcosa di simile a un fantasma (come questo a 4200 anni luce da noi oppure quello visibile, anche con un piccolo telescopio, nella costellazione del Cigno). Casi sparuti, ma comunque indicativi.

E se, invece, la maggior parte dei buchi neri isolati fossero rimasti all’interno dell’ammasso? Come scoprirli? Beh… anche se relativamente piccoli (massa solare o poco di più) essi avrebbero quantomeno disturbato il movimento di quelle stelle che gli fossero passate abbastanza vicine. Perché non prendere come esempio un ammasso abbastanza anomalo, dinamicamente giovane benché le sue stelle mostrino un’età ben maggiore e il cui centro sembri essere relativamente spopolato? Esso potrebbe essere pesantemente influenzato dalla presenza di buchi neri che facciano da “vigili”, dirigendo il traffico, pur essendo invisibili.

La parte centrale dell'ammasso globulare NGC 6101, fotografato da Hubble.C'è poco da fare... mancano troppe stelle... Fonte: NASA La parte centrale dell'ammasso globulare NGC 6101, fotografata da Hubble. C'è poco da fare... mancano troppe stelle... Fonte: NASA

Detto fatto: basta preparare una simulazione dell’ammasso in cui si inseriscano molti buchi neri,  vedere l’evoluzione e confrontarla con le osservazioni.

Il risultato è stato sorprendente e interessantissimo. Per ottenere ciò che si vede sembra che debbano esistere centinaia di buchi neri all’interno dell’ammasso. In realtà, l’affollatissimo gruppo stellare è solo apparentemente giovane e la sua distribuzione anomala potrebbe essere proprio dovuta alla presenza dei buchi neri. In qualche modo, una grande quantità di questi oggetti simili a fantasmi (ma di massa notevole) potrebbe apparentemente ringiovanire la dinamica di un ammasso anche molto vecchio (questi ammassi globulari non ne vogliono proprio sapere di invecchiare… prima si inventano le “vagabonde blu” e ora, forse, l’azione di questi buchi neri)

NGC 6101  sembrava essere abbastanza “noioso” per essere studiato a fondo, ma adesso è diventato il prototipo di una nuova fonte di ricerca di primissimo piano. Teniamo anche in conto che tanti buchi neri (si parla di centinaia) porterebbero più facilmente a fusioni tra loro e, quindi, alla formazione di onde gravitazionali, ormai vicinissime a essere rilevate.

Fantastico!

Quello che un po’ mi turba è che simulazioni e osservazioni vanno d’accordo, basandosi solo sulla gravità delle masse “reali”, anche se invisibili. Ma… ma… dove la mettiamo la materia oscura? Non ce n’è più bisogno? Vedrete che qualcuno ce la infilerà per far tornare ancora meglio i risultati…

Il lavoro originario è scaricabile QUI

QUI l'articolo pubblicato il 8/9/2016 e, a seguire, gli eventuali commenti

 

BUCHI NERI GIGANTI IN PICCOLE GALASSIE

(18/4/2017)

Tre anni fa era stata scoperta una galassia piuttosto strana. Piccola, ultracompatta con al centro un buco nero super massiccio. Un caso? Forse sì e la comunità astronomica non aveva dato molto peso alla faccenda. Ma oggi, forse, molte idee vanno cambiate.

Utilizziamo un’avventura cosmica mozzafiato per arrivare al nocciolo della questione.

La galassia VUCD3 aveva provato di tutto, ma la gravità o -se preferite- la curvatura dello spaziotempo non le lasciava molta speranza. Il suo buco nero era stato tenuto a riposo, poi, era stato nutrito abbondantemente, ma non c’era stato niente da fare. Il motore non era riuscito a far cambiare rotta alla galassia e non vi erano più dubbi sulla sua destinazione: la galassia, M87, un vero mostro, una super gigante, con un buco nero più grande di mille volte il suo.

VUCD3 sapeva benissimo cosa sarebbe successo: un balletto disperato, una specie di onda che l’avrebbe trattenuta, lasciata libera e poi ricatturata fino a farla inghiottire completamente dalla galassia più grande. Così diceva la tradizione… e così sarebbe finita lei che era sempre stata orgogliosa della sua massa, dei suoi miliardi di stelle e di quel motore centrale che aveva raggiunto una massa di oltre 4 milioni di stelle come il Sole (un abitante della non troppo lontana galassia soprannominata Via Lattea).

I primi tremori l’avvertirono che le forze mareali erano entrate in azione. Ora, era solo questione di tempo. I primi movimenti seguivano perfettamente le previsioni. Poi, quasi inspiegabilmente, il motore di VUCD3 sembrò un leone uscito da una gabbia. Si mise a lottare con tutte le sue forze, mantenendosi lontano da quel mostro che sembrava attirarlo verso di sé. Una lotta impari, un piccolo Davide contro un immenso Golia. Nell’ammasso della Vergine si dice che fosse proprio il gigante buono di M87  a decidere che tanta volontà e tanta determinazione andassero premiate. Non si saprà mai la verità, ma, alla fine, VUCD3 si trovò nuovamente nello spaziotempo calmo e tranquillo, protetta dalla deformazione causata dalla gigantesca sorella, attorno a cui rivolveva a debita distanza.

La vittoria non era stata, però, indolore. Attorno al piccolo-grande motore erano rimaste solo poche centinaia di milioni di stelle, che sembravano essersi strette attorno a lui per dargli forza, anche a costo dell’estremo sacrificio. Ora la galassia era veramente piccola, molto compatta, con un diametro che non superava i cento anni luce. Il solo buco nero conteneva il 13% della massa totale rimasta. Sembrava una miniatura, ma era ancora viva e vegeta.

Molti anni dopo, qualcuno sulla Terra l’aveva osservata, insieme a molte altre colleghe. Galassie nane, avevano detto gli astronomi. Addirittura, potevano essere ammassi stellari particolarmente grandi. Prima o poi sarebbe state ingoiate da qualche sorella maggiore.

Ma non tutti erano d’accordo. Si misero a misurarla con grande attenzione, stabilendone una massa troppo grande per un batuffolo così piccolo. Seguirono anche le orbite delle stelle più vicine al centro e saltarono sulla sedia: impossibile! C’era proprio un buco nero, enorme per una galassia così piccola. Altro che ammasso stellare cresciuto un po’ troppo, era una vera galassia, spogliata delle sue parti esterne, ma decisamente eroica… tanto di cappello. Pensare che nella Via Lattea, il buco nero centrale è solo lo 0.01% della massa totale. Qui invece si parla del 13%.

Da quel momento in poi, si doveva smettere di considerarle delle nuvolette senza peso. Erano vere galassie che un tempo avevano rivaleggiato con le più grandi e che avevano resistito alla fusione completa.

Quanta massa avevano lasciato dietro di loro, lungo quelle strisce di stelle che ormai veleggiavano solitarie nel vuoto dello spazio intergalattico? Alcune stelle periferiche erano, in realtà, ancora convinte che prima o poi sarebbero tornate a raccoglierle. Il buco nero sentì questi mormorii, ma non disse niente. Che male c’era a lasciarle sognare? Lui sapeva benissimo che il vuoto non è veramente vuoto, ma che contiene una moltitudine di queste vittime incolpevoli di una disputa indolore tra giganti. Ciò che vorrebbe sapere, ancora oggi, è invece, quante galassie esistono come loro negli ammassi galattici e quante di loro sono considerate “piume” nei calcoli di coloro che credono di saper valutare la massa totale visibile.

Quanti buchi neri galattici popolano il Cosmo e quante sorelle come lei hanno vinto la loro battaglia? Sicuramente, molte idee di grandi scienziati dovranno cambiare. Sì, la vera storia dell’evoluzione delle galassie è forse ancora tutta da scoprire.

Qui finisce l’avventura, che però, penso, abbia fatto capire piuttosto bene come sono andate le cose da un punto di vista puramente scientifico. Oltre alla nostra VUCD3,  ne è stata scoperta un’altra, nei paraggi.

Le due galassie nane compatte scoperte da poco, insieme alle loro gigantesche antagoniste che sono riuscite ad abbandonare senza essere ingoiate del tutto. Soprattutto, si sono salvati i loro super buchi neri. Fonte: NASA/Space Telescope Science Institute

Le due galassie nane compatte scoperte da poco, insieme alle loro gigantesche antagoniste, che sono riuscite ad abbandonare senza essere ingoiate del tutto. Soprattutto, si sono salvati i loro super buchi neri. Fonte: NASA/Space Telescope Science Institute

E chissà quante altre ce ne sono: il loro numero è ancora veramente esiguo (3), ma potrebbero essere un esercito vero e proprio. Altra massa, e chissà quanta rispetto a quella che non teneva in conto di loro. Le prime stime parlano di raddoppiare almeno il numero di buchi neri galattici presenti nel Cosmo…

Staremo a vedere…

Può essere interessante ricordare questo articolo relativo alla prima galassia nana ultracompatta, in cui ancora si prospettavano  parecchi dubbi, oggi decisamente meno sostenibili. Di seguito il video che mostra come quella galassia possa essersi originata (similmente alle nuove due sorelline).

Articolo originale QUI

QUI l'articolo pubblicato il 18/4/2017 e, a seguire, gli eventuali commenti

 

I GUARDIANI DEL MOSTRO

(5/4/2018)

Spesso non ci si pensa nemmeno… Tuttavia, sappiamo benissimo che le stelle più massicce della nostra galassia (come di tutte le galassie) hanno vita breve e spesso si devono trasformare in buchi neri, che restano senza problemi al loro posto (fare evaporare un buco nero è ancora un’idea puramente teorica). Nei miliardi di anni di vita, quanti buchi neri si sono formati e continuano a vivere nella nostra galassia e, soprattutto, nella zona centrale, dove la materia per costruire stelle abbonda?

Noi conosciamo qualche decina di buchi neri stellari sparsi nella nostra galassia e solitamente solo perché sono accoppiati a una stella che “vampirizzano”. Siamo nel caso delle supernove di tipo Ia. Ma quanti sono i buchi neri singoli o in fase tranquilla insieme alla loro compagna? Sicuramente moltissimi, ma il fatto stesso di essere neri e pacifici li nasconde alla vista e a qualsiasi tipo di informazione. Più che “mostri” del Cosmo, sembrano gli oggetti più timidi e scontrosi, malgrado la loro massa enorme (dei metodi per individuarli abbiamo parlato QUI).

Pensiamo, allora, di avvicinarci al centro galattico (a distanza di sicurezza dal super “mostro”) e di entrare in quell’ammasso di nubi interstellari che riescono perfino a nasconderci alla vista la zona più “calda”. Tanto materiale a disposizione, alla temperatura giusta (il nostro buco nero galattico è in un periodo di quiete, oltretutto, dopo aver consumato un lauto pasto circa due milioni di anni fa e aver recentemente mancato un "aperitivo" che avrebbe dovuto offrirgli una nube di gas): le  condizioni ideali per creare stelle molto grandi, vere giganti, che sanno benissimo di terminare la loro breve vita come buchi neri. Sì, ma come riuscire a vederli?

Ancora una volta dobbiamo cercare quelli accompagnati da una compagna e sperare che siano in una fase attiva di accrescimento a spese della stella “normale”. Nelle vicinanze del motore centrale la gravità di quest’ultimo potrebbe attirare lentamente buchi neri formatisi anche più lontano e aiutare nuovi accoppiamenti tra buchi neri singoli e stelle di piccola massa. Insomma, sarebbe una zona abbastanza ricca di coppie, una specie di discoteca dove i buchi neri vanno a cercare una compagnia femminile (o anche il viceversa… i corpi celesti, si sa, non si fanno mancare niente, neanche il... sesso!). Ottima occasione, ma questi eventi così energetici capitano molto raramente e bisognerebbe affidarsi solo alla fortuna.

La maggior parte del tempo viene passato in modo tranquillo, con emissioni di raggi X estremamente basse, ma non per questo invisibili. Utilizzando il caro vecchio Chandra, è stato possibile cercare questi segnali di bassa intensità, ma dalle caratteristiche abbastanza peculiari. In conclusione, sono saltati fuori ben 12 buchi neri accoppiati e quiescenti entro tre anni luce dal centro galattico. A questo punto è partita la statistica più raffinata e si è stabilito che dovrebbero esserci dai 300 ai 500 buchi neri accoppiati con stelle di piccola massa e un numero incredibile (almeno 10000) di “single” in cerca di compagnia. Un risultato in pieno accordo con varie ipotesi fatte a tavolino e basate sulla densità della materia e sulle caratteristiche del luogo.

Visione artistica dei 12 buchi neri (accoppiati con piccolo stelle) che sono stati scoperti attorno al buco nero galattico al centro della Via Lattea. La loro esistenza suggerisce che possano esisterne almeno 10000 in una zona di tre anni luce attorno al “mostro”più grande. Fonte: Columbia University.

Visione artistica dei 12 buchi neri (accoppiati con piccole stelle) che sono stati scoperti attorno al buco nero galattico al centro della Via Lattea. La loro esistenza suggerisce che possano esisterne almeno 10000 in una zona di tre anni luce attorno al “mostro”più grande. Fonte: Columbia University.

In poche parole, il buco nero centrale galattico, con una massa pari a quella di 4 milioni di stelle come il Sole, è circondato da una vera flotta di guardie del corpo, decisamente più piccole, ma in numero enorme. Parlando seriamente, una zona interessantissima per studiare le interazioni tra buchi neri stellari e buco nero galattico. Inoltre dato il numero enorme di grandi masse in movimento, una zona che dovrebbe farsi sentire piuttosto bene nel nuovo tipo d’informazione acquisito da poco, quello delle onde gravitazionali.

Articolo originario QUI

QUI l'articolo pubblicato il 5/4/2018 e, a seguire, gli eventuali commenti

 

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

NEWS del 10/4/2019 - Ottenuta la prima prova visiva diretta di un buco nero!

 

3 commenti

  1. Mario Fiori

    Quanti articoli interessanti hai raggruppato, carissimo Enzo , sugli amici ( :mrgreen: ) buchi neri; sai che io penso sempre che siano una base importante dell'Universo, dei teatranti che possono o potranno dirci molto su origine, sviluppo e eventuale termine dello Spazio e del Tempo o almeno di questo Spazio e Tempo.

    Detto questo , caro Enzo, ci sarebbe da suggerire ai nostri governanti di usare parecchi esattori del grande film "Non ci Resta che Piangere", con il fatidico "Fiorino" hai buchi neri addio problemi di deficit :mrgreen:  :mrgreen: .

  2. caro Mariolino,

    il merito di queste riunioni di articoli va sempre alla nostra instancabile Dany che maneggia l'archivio come un mago! :-P

    Eh sì... un fiorini alla volta... chissà (ma da noi l'esattore sarebbe già stato corrotto... :evil: )

  3. Mario Fiori

    :mrgreen: :twisted:  :twisted:

Lascia un commento

*

:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.