8/08/19

Dimmi come giri e ti dirò quanto pesa **

ALMA riesce, ormai, con grande facilità, a misurare la massa dei buchi neri giganteschi che si annidano al centro delle galassie, soprattutto ellittiche. Usa un qualcosa che farebbe rabbrividire molti ecologisti che spesso confondono CO e CO2. La seconda è una vera bontà (per le piante, almeno), il primo... beh... lasciamo stare!

Pericoloso che sia il CO sulla Terra o in casa nostra, non lo è certamente a centinaia di milioni di anni luce da noi. Anzi è utilissimo e ALMA non fa che cercarlo. Esso emette proprio nella lunghezza d'onda che gli piace e diventa uno scherzo (o quasi) valutare come si muove.

Prima di riportare l'ultima impresa di ALMA, sfatiamo una specie di leggenda. Il buco nero super massiccio si forma al centro delle galassie e si tende a pensare che l'intera struttura, estesa anche per centinaia di migliaia di anni luce, sia vincolata a quell'oggetto centrale. Lo è sicuramente per quanto riguarda gli effetti dei suoi stadi attivi e/o calmi, quando spara getti ultrapotenti ed è capace di regolare il ritmo di nascita delle stelle. Tuttavia, non lo è affatto dal punto di vista gravitazionale. Veder girare una stella molto lontana da lui e imputare il suo moto alla massa del buco nero è pura follia e un gravissimo errore. La rotazione di una galassia deve tener conto di tutte le masse presenti al suo interno e se le cose non tornano basta inserire a piacere la materia oscura necessaria.

No, cari amici, la sfera di influenza gravitazionale di un buco nero galattico, anche se ultra massiccio, ha una sua limitata sfera di influenza ed essa si estende attorno a lui, ma la stragrande maggioranza delle stelle non ne risente affatto. Si deve andare molto vicini al buco nero per vedere stelle che orbitano realmente attorno a quella massa mostruosa. Il loro studio permette, allora, di calcolare veramente la massa centrale invisibile, attraverso una dinamica che, al limite, potrebbe essere anche quella newtoniana.  Il fatto è che vedere così vicine al buco nero può avvenire in casi abbastanza particolari (per adesso, almeno), soprattutto legati alla distanza della galassia. Per il nostro buco nero è stato abbastanza facile, ma andando più lontani, la faccenda si complica.

Ed ecco che entra in gioco ALMA. Non è certo il solo strumento che riesce a localizzare il disco di materia che ruota attorno al buco nero, la famosa ciambella che contiene parte del cibo che andrà a sfamare il gigante, ma è uno dei pochi che riesce a leggere perfettamente dove si trovi e come si muova l'ossido di carbonio, di cui il disco è particolarmente ricco. ALMA è capace di descrivere come si muove il CO e quindi come si muove l'intero disco. E' il solito gioco dell'effetto doppler: la materia che si allontana sposta le righe verso il rosso, quella che si avvicina verso il blu. Non basta, però, Alma può anche stabilire la velocità di rotazione delle varie parti del disco.

Passiamo a un caso pratico, quello della galassia NGC 3258, che si trova alla distanza di 100 milioni di anni luce da noi. Ha una forma ellittica e un disco di accrescimento attorno al buco nero centrale ben visibile nell'ottico anche da Hubble. ALMA, però, si spinge nella parte più interna e comincia a seguire l'ossido di carbonio e si accorge che la parte più esterna, a circa 500 anni luce dal buco nero, ruota con una velocità di 1 milione di chilometri all'ora, mentre la parte più interna, a circa 65 anni luce dal centro,  raggiunge i 4 milioni di chilometri all'ora. Un dato importantissimo per stabilire la connessione tra disco e massa centrale che ne causa il moto.

Conclusione? Il buco nera ha una massa pari a 2,25 miliardi di volte quella del Sole. Un dato quasi perfetto, con un errore che non supera l'1% . Peccato, però, che la distanza della galassia sia  piuttosto incerta e faccia salire l'errore fino al 12%, risultato, comunque, tra i migliori mai ottenuti. ALMA è paziente e attende che gli consegnino distanze più precise per spaccare veramente un capello in due o anche in quattro.

L'ellisse multicolore riporta il moto del gas orbitante attorno al buco nero: rooso in direzione opposta a noi e blu verso di noi. Il rettangolo al centro mostra come varia la velocità di rotazione in funzione della distanza dal buco nero.  Fonte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Boizelle; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Hubble Space Telescope (NASA/ESA); Carnegie-Irvine Galaxy Survey.
L'ellisse multicolore riporta il moto del gas orbitante attorno al buco nero: rosso in direzione opposta a noi e blu verso di noi. Il rettangolo al centro mostra come varia la velocità di rotazione in funzione della distanza dal buco nero. Fonte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Boizelle; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Hubble Space Telescope (NASA/ESA); Carnegie-Irvine Galaxy Survey.

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