Man mano che i nostri telescopi diventano sempre più potenti, siamo anche capaci di vedere più oggetti cosmici molto esotici. Eventualmente potremmo essere in grado di ottenere immagini del buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, ma cosa vedremmo esattamente ? Secondo due ricercatori giapponesi, saremmo in grado di osservare “l’aurora” del buco nero. Ma non sarà un aurora cosi come la conosciamo noi.
Quando i venti solari colpiscono l’atmosfera terrestre, il plasma solare (fatto principalmente da protoni ad alta energia) colpisce le molecole di aria. Questo fenomeno rilascia una quantità di luce. Quando ce ne sono abbastanza di queste collisioni nell’alta atmosfera, allora nel cielo si osserva il fenomeno dell’aurora. Tuttavia un buco nero non ha un atmosfera come la nostra, quindi come fa un aurora ad essere generata?
Masaaki Takahashi, della Aicihi University of Education in Kariya, insieme a Rohta Takahashi dell’Istituto di Ricerca Fisica e Chimica, a Wako, hanno iniziato a creare modelli di un buco nero che ruotano velocemente.
Dato che i buchi neri hanno un'attrazione gravitazionale massiccia, attirano qualsiasi polvere vicina, gas o persino stelle. Se il buco nero ha un movimento di rotazione, dovrebbe formare un disco di plasma caldo radiante intorno al suo equatore. Questo viene chiamato “disco di accrescimento”.
Essendo il disco composto di particelle cariche, è possibile che venga generato un campo magnetico, molto simile a quello del dinamo interno della Terra che genera la nostra magnetosfera.
Quando i venti solari colpiscono l’atmosfera terrestre, il plasma solare (fatto principalmente da protoni ad alta energia) colpisce le molecole di aria. Questo fenomeno rilascia una quantità di luce. Quando ce ne sono abbastanza di queste collisioni nell’alta atmosfera, allora nel cielo si osserva il fenomeno dell’aurora. Tuttavia un buco nero non ha un atmosfera come la nostra, quindi come fa un aurora ad essere generata?
Masaaki Takahashi, della Aicihi University of Education in Kariya, insieme a Rohta Takahashi dell’Istituto di Ricerca Fisica e Chimica, a Wako, hanno iniziato a creare modelli di un buco nero che ruotano velocemente.
Dato che i buchi neri hanno un'attrazione gravitazionale massiccia, attirano qualsiasi polvere vicina, gas o persino stelle. Se il buco nero ha un movimento di rotazione, dovrebbe formare un disco di plasma caldo radiante intorno al suo equatore. Questo viene chiamato “disco di accrescimento”.
Essendo il disco composto di particelle cariche, è possibile che venga generato un campo magnetico, molto simile a quello del dinamo interno della Terra che genera la nostra magnetosfera.
[Concept artistico di un disco di accrescimento intorno ad un buco nero] Nel loro articolo pubblicato il mese scorso nella rivista The Astrophysical Journal Letters, Takahashi e Takahashi mostrano il loro modello che predice l’esistenza di una magnetosfera intorno ad un buco nero, dove le linee del campo magnetico partono dal disco di accrescimento e vengono trascinate nei poli del orizzonte degli eventi del buco nero.
Adesso abbiamo quindi un buco nero con la sua propria magnetosfera e come nel caso di quella della Terra, il plasma dallo spazio verrà incanalato lungo le linee del campo magnetico, come l’acqua nel caso di una manichetta antincendio.
Ovviamente non si tratta di una manichetta antincendio comune.
Il flusso di plasma sarà cosi veloce quando verrà incanalata nell'orizzonte degli eventi che romperà la “barriera del suono” del plasma, andando oltre quella che viene conosciuta come la “velocità di Alfven”.
Ed è in questo momento che il buco nero ha un aurora. In un modo simile ad un aereo che infrange la barriera del suono nella nostra atmosfera(producendo un boom sonico), il plasma supersonico creerà uno shock. I ricercatori giapponesi hanno scoperto che questo shock formerà un alone che coronerà i poli del buco nero, poco sopra l’orizzonte degli eventi. Man mano che il plasma colpisce questo shock, rilascia energia, riscaldandosi rapidamente e generando luce.
Ed è in questo momento che il buco nero ha un aurora. In un modo simile ad un aereo che infrange la barriera del suono nella nostra atmosfera(producendo un boom sonico), il plasma supersonico creerà uno shock. I ricercatori giapponesi hanno scoperto che questo shock formerà un alone che coronerà i poli del buco nero, poco sopra l’orizzonte degli eventi. Man mano che il plasma colpisce questo shock, rilascia energia, riscaldandosi rapidamente e generando luce.
Ma questo evento è puramente teorico, non potremmo mai osservare davvero queste aurore…o no?
Usando diversi osservatori in rete intorno al pianeta, con una tecnica conosciuta come “Very Long Baseline Interferometry” (VLBI), potrebbe essere possibile riuscire a ottenere immagini dirette del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.
Se questo fosse possibile, allora “l’ombra” dell’orizzonte degli eventi di un buco nero (un cerchio scuro) potrebbe essere visibile.
Durante uno studio del 2009, portato avanti da Vincent Fish e Sheperd Doeleman all'Osservatorio Haystack del MIT, una campagna VLBI è stata simulata ed i risultati sono stati incredibili (qui sotto c’è l’ombra del buco nero come risultata nei modelli).
Se questo fosse possibile, allora “l’ombra” dell’orizzonte degli eventi di un buco nero (un cerchio scuro) potrebbe essere visibile.
Durante uno studio del 2009, portato avanti da Vincent Fish e Sheperd Doeleman all'Osservatorio Haystack del MIT, una campagna VLBI è stata simulata ed i risultati sono stati incredibili (qui sotto c’è l’ombra del buco nero come risultata nei modelli).
[A sinistra modello dell'ombra del buco nero, mentre le due accanto sono simulazioni di come sarebbe se osservasimo il nero supermassiccio al centro della nostra galassia, usando 7 telescopi e 13 vettori di telescopi (credit: Fish & Doeleman)]
Se fossimo in grado di mettere in rete abbastanza radio telescopi intorno al globo in una grande campagna VLBI, le emissioni dall’aurora del buco nero potrebbero anch’esse essere viste. Tuttavia, i ricercatori non sono sicuri riguardo al tipo di radiazioni prodotte dal plasma in interazione con l’onda di shock; dipenderebbe dalle condizioni magnetiche vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero. Se le condizioni fossero abbastanza estreme, questo modello potrebbe essere usato per spiegare in generale i buchi neri voraci all’interno dei nuclei galattici attivi.
[Grafico che rappresenta il fenomeno dell'aurora e dello shock con il plasma nei buchi neri]
C’è un ulteriore aspetto riguardo alla caccia dell'aurora dei buchi neri: la fortissima radiazione generata cosi vicino all’orizzonte degli eventi del buco nero rivelerebbe informazioni molto utili riguardo all'ambiente spazio-temporale estremo in cui si trovano.
L’orizzonte degli eventi è il punto di non ritorno, il confine da dove la luce non può più scappare dall’estrema curvatura dello spazio-tempo causata dall’immensa gravità del buco nero.
Ma come lo shock di plasma, predetto dai ricercatori giapponesi, produce fenomeni simili all’aurora poco sopra l’orizzonte degli eventi, cosi una parte della radiazione sfuggirebbe alle grinfie dell’orizzonte degli eventi, permettendo ai futuri astronomi di usare le osservazioni radio per intravedere questo misterioso fenomeno che circonda i buchi neri.
Ma come lo shock di plasma, predetto dai ricercatori giapponesi, produce fenomeni simili all’aurora poco sopra l’orizzonte degli eventi, cosi una parte della radiazione sfuggirebbe alle grinfie dell’orizzonte degli eventi, permettendo ai futuri astronomi di usare le osservazioni radio per intravedere questo misterioso fenomeno che circonda i buchi neri.
Un fenomeno che viene in mente è l’effetto "Lense-Thirring", in cui un oggetto massiccio ruotante trascina il vicino spazio-tempo con se. Se potessimo trovare un modo per “vedere” la luce dell’aurora dei buchi neri, forse saremmo in grado di rilevare l’impronta di questo trascinamento.
Anche se probabilmente ci vorrà un bel po prima che un indagine VLBI diventi abbastanza sensibile per rilevare la radiazione dell'aurora intorno a un buco nero (se esistesse), è sicuramente una ricerca molto eccitante, che offrirebbe la possibilità di fare esami scientifici alla distanza di un capello umano dal orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.
A cura di Adrian
Fonti:
http://iopscience.iop.org/2041-8205/714/1/L176?fromSearchPage=true
http://arxiv4.library.cornell.edu/PS_cache/arxiv/pdf/1004/1004.0076v1.pdf
http://link2universe.wordpress.com/2010/05/24/un-buco-nero-puo-avere-un-aurora/
Approfondimenti:
Discuti l'argomento nel forum. E' stata aperta una sezione dedicata ai buchi neri. Iscriviti, ci perdi al massimo 30 secondi, apri una discussione. La leggeranno migliaia di persone.
http://nemsisprojectresearch.blogspot.com/p/forum.html
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Salve,
RispondiEliminauna curiosità mia (che nasce dalla mia beata ignoranza): se un buco nero attira a sè tutto ciò che lo circonda, lo fa fino ad un certo punto (tipo si può ipotizzare un'area di attrazione) oppure non ha "confini"? Perché se la sua forza di attrazione arriva fino ad un punto, una volta che ha "aspirato" tutto, cosa succede?
Grazie
Luca