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I segreti dei buchi neri

Fonte: Le Scienze

I segreti dei getti di materia e antimateria dei buchi neri

Le prime simulazioni di particelle di materia

e antimateria in rotazione attorno a un buco

nero suggeriscono l'origine degli enigmatici

getti con velocità vicine a quella della luce nel vuoto.

Ulteriori dettagli potrebbero essere forniti dai

dati registrati dall'Event Horizon Telescope che

sta studiando il buco nero al centro della Via

Lattea e quello al centro di Messier 87di

Davide Castelvecchi / Natur

buchi neriastrofisica

Per la prima volta un gruppo di astrofisici ha

calcolato come singole particelle di materia e

antimateria girano vorticosamente attorno a

un buco nero in rotazione.

Queste simulazioni al computer forniscono

informazioni cruciali su come i buchi neri proiettano

getti di materia a una velocità che è quasi quella

della luce, e i risultati del gruppo supportano

due meccanismi di alimentazione proposti in

precedenza sul modo in cui vengono alimentati

i misteriosi flussi di particelle.

La nuova tecnica di simulazione potrebbe anche

aiutare gli astrofisici a interpretare i dati di una

schiera globale di radiotelescopi che stanno

osservando il buco nero supermassiccio al centro

della Via Lattea.

I risultati del gruppo, pubblicati il 23 gennaio,

sono una "pietra miliare" nello studio dei buchi

neri, dice Serguei Komissarov, astrofisico all'Università

di Leeds, in Regno Unito.

razione di getti materia emessi da un buco nero.

(NASA/ESA/Scisti)I getti di materia ad alta energia

sono comuni in tutto il cosmo e sembrano provenire

da una varietà di fonti, anche se non ci sono ancora

prove dirette su come si formano.

Nella nostra galassia, molte stelle di neutroni

producono questi getti, così come alcuni buchi neri

relativamente piccoli - quelli non molto più massicci

del Sole - nel processo di assorbimento della materia.

Gli astrofisici pensano che alcuni buchi neri

supermassicci al centro di altre galassie al centro

di altre galassie siano dietro spettacolari getti che

si estendono per migliaia di anni luce, come quelli

visti intorno alla galassia Messier 87.

In molti casi, soprattutto per i piccoli buchi neri, i getti

sembrano contenere una sottile nebbia di elettroni

e delle loro controparti di antimateria, i positroni,

che fuoriescono come plasma ad alta velocità.

Gli attuali modelli di comportamento dei buchi neri

indicano che le coppie particella-antiparticella

sono prodotte all'interno di intensi campi magnetici

ed elettrici che vorticano vicino all'orizzonte degli

eventi di un buco nero, la superficie sferica da cui

nulla può fuggire una volta che la si attraversa.

La maggior parte di queste particelle cadono nel

buco nero.

I getti si formano vicino ai poli magnetici del

buco nero, dove trecce caotiche di campi magnetici

intrecciati emergono nello spazio interstellare.

Questi campi, secondo la spiegazione prevalente

degli astrofisici, porterebbero via parte dell'energia

e del momento di rotazione del buco nero, oltre a

creare più elettroni e positroni.

In passato, le simulazioni 3D della dinamica del

buco nero hanno modellato il plasma di elettroni

e positroni come un continuum.

Ma in questo studio, Parfrey e colleghi hanno

incluso nelle simulazioni le singole particelle e

hanno osservato come i loro movimenti si sono

intrecciati con i campi magnetici ed elettrici,

contribuendo ad alimentarli.

I loro risultati mostrano correnti turbolente di

positroni ed elettroni che si muovono in direzioni

opposte, mentre entrambe roteano attorno a un

disco intorno all'equatore del buco nero.

Queste correnti fanno sì che l'energia emerga

dalle regioni polari.

"La cosa più importante dei getti in generale

non è il plasma, ma la tanta energia che esce

dal campo elettromagnetico", dice il coautore

Kyle Parfrey, astrofisico al Goddard Space Flight

Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.

"È quello che vediamo accadere."

Questo effetto è stato previsto negli anni settanta

dagli astrofisici Roger Blandford e Roman Znayek,

che hanno proposto un meccanismo per spiegare

come i getti potrebbero trarre energia dallo spin

di un buco nero, e come ciò contribuirebbe a

rallentarne la rotazione.

(La teoria di Einstein equipara l'energia alla massa;

quando lo spin di un buco nero rallenta, diventa

più leggero).

Lo studio ha anche corroborato un secondo

meccanismo, che spiega come l'energia è estratta

da un buco nero rotante, un meccanismo proposto

per la prima volta dal fisico-matematico britannico

Roger Penrose negli anni sessanta.

Secondo il modello di Penrose, alcune particelle

create vicino all'equatore del buco nero hanno

energia negativa, così, quando cadono nel buco

nero, ne rallentano la rotazione.

Questo ipotetico fenomeno ricorda la "radiazione

di Hawking" proposta in seguito da Stephen Hawking,

in cui le particelle di energia negativa contribuiscono

a ridurre la massa di un buco nero.

Le nuove simulazioni sono ancora incomplete,

dice Parfrey. In particolare, non includono la fisica

dettagliata della creazione delle particelle e delle

antiparticelle, o del disco di accrescimento -

il flusso di materiale intorno al buco nero -

che si pensa alimenti i campi elettromagnetici.

Un buco nero che rimanesse isolato dalla materia

dissiperebbe rapidamente questi campi, finendo

in uno stato di quiete e buio, senza emissione

di getti di plasma.

Il coautore Benoît Cerutti dell'Université Grenoble

Alpes, in Francia, afferma che l'Event Horizon Telescope,

una rete di antenne radio sparse per il globo che

dovrebbe produrre i primi risultati quest'anno,

potrebbe offrire alcuni interessanti dettagli su

come il plasma si muove intorno al buco nero

supermassiccio al centro della Via Lattea, e a

quello al centro di Messier 87. "La mia speranza -

dice Cerutti - è che ponga più vincoli osservativi".

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(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su "Nature

" il 30 gennaio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.

Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)