Quando una stella massiccia esaurisce il suo combustibile, collassa sotto la propria gravità e produce un buco nero, un oggetto così denso che nemmeno la luce può sfuggire alla sua morsa gravitazionale. Secondo una nuova analisi di un astrofisico presso il California Institute of Technology (Caltech), poco prima che si forma un buco nero, la stella morente può generare una raffica distinta di luce che permetterà agli astronomi di assistere alla nascita di un nuovo buco nero per il prima volta.
Tony Piro, uno studioso post-dottorato presso il Caltech, descrive questa esplosione di luce in un articolo pubblicato nel numero del 1 maggio di Astrophysical Journal Letters.
"Alcune stelle morenti che diventano buchi neri esplodendo come lampi di raggi gamma, sono tra i fenomeni più energetici dell'Universo, ma questi casi sono rari e richiedono circostanze esotiche", spiega Piro.
"Non pensiamo che la maggior parte dei buchi neri sono creati in questo modo". Nella maggior parte dei casi, secondo un'ipotesi, una stella morente produce un buco nero senza un botto o un lampo: la stella dovrebbe apparentemente sparire dal cielo, un evento definito un unnova. "Non si vede uno scoppio," dice. "Si vede una scomparsa".
Ma, Piro ipotizza, che non può essere questo il caso.
Secondo la teoria consolidata, quando una stella massiccia muore, il suo nucleo collassa sotto il proprio peso. Quando crolla, i protoni e gli elettroni che compongono il nucleo si fondono e producono neutroni. Per pochi secondi, prima di crollare in un buco nero, il nucleo diventa un oggetto estremamente denso chiamato stella di neutroni, che è denso come il Sole ma concentrato in una sfera con un raggio di circa 10 chilometri.
Questo processo di collasso crea anche i neutrini, che sono particelle che attraversano quasi tutta la materia, quasi alla velocità della luce, portano via una enorme quantità di energia, (circa un decimo della massa del Sole, energia e massa sono equivalenti, socondo la relatività E = mc2).
Secondo un documento poco noto scritto nel 1980 da Dmitry Nadezhin dell'Istituto Alikhanov di Fisica Teorica e Sperimentale in Russia, questa rapida perdita di massa, imdica che la forza gravitazionale del nucleo della stella morente dovrebbe bruscamente decadere. Quando ciò accade, gli strati gassosi esterni, soprattutto l'idrogeno, che ancora circondano il nucleo, dovrebbero correre verso l'esterno, generando un'onda d'urto che la farebbe sfrecciare attraverso gli strati esterni a circa 1000 chilometri al secondo (più di 2 milioni di miglia all'ora).
Utilizzando le simulazioni al computer, due astronomi della UC Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, hanno recentemente scoperto che quando l'onda d'urto colpisce la superficie esterna degli strati gassosi, riscalda il gas sulla superficie, producendo un bagliore che la farebbe brillare per circa un anno, un segnale potenzialmente promettente della una nascita buco nero.
Anche se circa un milione di volte più luminoso del Sole, questo bagliore sarebbe relativamente debole rispetto ad altre stelle. "Sarebbe difficile da vedere, anche nelle galassie che sono relativamente vicine a noi", dice Piro. Ma ora Piro dice di aver trovato un segnale più promettente.
Nel suo nuovo studio, che esamina in dettaglio ciò che potrebbe accadere nel momento in cui l'onda d'urto colpisce la superficie della stella, calcola che l'impatto si farebbe un lampo da 10 a 100 volte più luminoso della luce predetta da Lovegrove e Woosley. "Il bagliore sarà molto luminoso e ci dà la migliore possibilità per comprovare che questo evento si è verificato", spiega Piro. "Questo è ciò che davvero si vuole cercare".
Tale lampo sarebbe fioco rispetto alle esplosioni stellari chiamate supernovae, per esempio, ma sarebbe abbastanza luminoso da essere rilevabile nelle galassie vicine. Il flash, che brilla dai 3 ai 10 giorni prima della dissolvenza, sarebbe molto luminoso in lunghezze d'onda ottiche e in lunghezze d'onda ultraviolette.
Piro stima che gli astronomi dovrebbero essere in grado di vederne uno all'anno in media di questi eventi. Le indagini che osservano il cielo per lampi di luce, come le supernovae (come il Palomar Transient Factory (PTF), guidato dal Caltech) ben si adatta alla scoperta di questi eventi unici, dice. L'intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), che migliora il PTF e ha appena iniziato le ricerche nel mese di febbraio, può essere in grado di trovare un paio di questi eventi all'anno.
Nessun sondaggio ha rilevato ancora i lampeggianenti dei buchi neri, dice Piro, ma ció non esclude la loro esistenza. Ma ció potrebbe verificarsi da un momento all'altro.
Con l'analisi di Piro, gli astronomi dovrebbero essere in grado di progettare e mettere a punto ulteriori visite per massimizzare le loro possibilità di assistere a un parto di buco nero in un prossimo futuro.
Nel 2015, la prossima generazione di PTF, chiamata the Zwicky Transient Facility (ZTF), sarà ancora più sensibile, migliorando di diverse volte le possibilità di trovare quei lampi. "Caltech è quindi davvero ben posizionata per cercare eventi transitori come questo", dice Piro.
Entro il prossimo decennio, il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) inizierà una massiccia indagine di tutto il cielo notturno. "Se LSST non è vedrà regolarmente questo tipo di eventi, allora potró pensare che forse c'è qualcosa di sbagliato in questo quadro, o che la formazione di buchi neri è molto più rara di quanto pensiamo", dice.
Foto:
Un'immagine computerizzata della distorsione di luce provocata da un Buco Nero. (Credit: Alain Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS)
Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130503230417.htm
A cura di Arthur McPaul
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Tony Piro, uno studioso post-dottorato presso il Caltech, descrive questa esplosione di luce in un articolo pubblicato nel numero del 1 maggio di Astrophysical Journal Letters.
"Alcune stelle morenti che diventano buchi neri esplodendo come lampi di raggi gamma, sono tra i fenomeni più energetici dell'Universo, ma questi casi sono rari e richiedono circostanze esotiche", spiega Piro.
"Non pensiamo che la maggior parte dei buchi neri sono creati in questo modo". Nella maggior parte dei casi, secondo un'ipotesi, una stella morente produce un buco nero senza un botto o un lampo: la stella dovrebbe apparentemente sparire dal cielo, un evento definito un unnova. "Non si vede uno scoppio," dice. "Si vede una scomparsa".
Ma, Piro ipotizza, che non può essere questo il caso.
Secondo la teoria consolidata, quando una stella massiccia muore, il suo nucleo collassa sotto il proprio peso. Quando crolla, i protoni e gli elettroni che compongono il nucleo si fondono e producono neutroni. Per pochi secondi, prima di crollare in un buco nero, il nucleo diventa un oggetto estremamente denso chiamato stella di neutroni, che è denso come il Sole ma concentrato in una sfera con un raggio di circa 10 chilometri.
Questo processo di collasso crea anche i neutrini, che sono particelle che attraversano quasi tutta la materia, quasi alla velocità della luce, portano via una enorme quantità di energia, (circa un decimo della massa del Sole, energia e massa sono equivalenti, socondo la relatività E = mc2).
Secondo un documento poco noto scritto nel 1980 da Dmitry Nadezhin dell'Istituto Alikhanov di Fisica Teorica e Sperimentale in Russia, questa rapida perdita di massa, imdica che la forza gravitazionale del nucleo della stella morente dovrebbe bruscamente decadere. Quando ciò accade, gli strati gassosi esterni, soprattutto l'idrogeno, che ancora circondano il nucleo, dovrebbero correre verso l'esterno, generando un'onda d'urto che la farebbe sfrecciare attraverso gli strati esterni a circa 1000 chilometri al secondo (più di 2 milioni di miglia all'ora).
Utilizzando le simulazioni al computer, due astronomi della UC Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, hanno recentemente scoperto che quando l'onda d'urto colpisce la superficie esterna degli strati gassosi, riscalda il gas sulla superficie, producendo un bagliore che la farebbe brillare per circa un anno, un segnale potenzialmente promettente della una nascita buco nero.
Anche se circa un milione di volte più luminoso del Sole, questo bagliore sarebbe relativamente debole rispetto ad altre stelle. "Sarebbe difficile da vedere, anche nelle galassie che sono relativamente vicine a noi", dice Piro. Ma ora Piro dice di aver trovato un segnale più promettente.
Nel suo nuovo studio, che esamina in dettaglio ciò che potrebbe accadere nel momento in cui l'onda d'urto colpisce la superficie della stella, calcola che l'impatto si farebbe un lampo da 10 a 100 volte più luminoso della luce predetta da Lovegrove e Woosley. "Il bagliore sarà molto luminoso e ci dà la migliore possibilità per comprovare che questo evento si è verificato", spiega Piro. "Questo è ciò che davvero si vuole cercare".
Tale lampo sarebbe fioco rispetto alle esplosioni stellari chiamate supernovae, per esempio, ma sarebbe abbastanza luminoso da essere rilevabile nelle galassie vicine. Il flash, che brilla dai 3 ai 10 giorni prima della dissolvenza, sarebbe molto luminoso in lunghezze d'onda ottiche e in lunghezze d'onda ultraviolette.
Piro stima che gli astronomi dovrebbero essere in grado di vederne uno all'anno in media di questi eventi. Le indagini che osservano il cielo per lampi di luce, come le supernovae (come il Palomar Transient Factory (PTF), guidato dal Caltech) ben si adatta alla scoperta di questi eventi unici, dice. L'intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), che migliora il PTF e ha appena iniziato le ricerche nel mese di febbraio, può essere in grado di trovare un paio di questi eventi all'anno.
Nessun sondaggio ha rilevato ancora i lampeggianenti dei buchi neri, dice Piro, ma ció non esclude la loro esistenza. Ma ció potrebbe verificarsi da un momento all'altro.
Con l'analisi di Piro, gli astronomi dovrebbero essere in grado di progettare e mettere a punto ulteriori visite per massimizzare le loro possibilità di assistere a un parto di buco nero in un prossimo futuro.
Nel 2015, la prossima generazione di PTF, chiamata the Zwicky Transient Facility (ZTF), sarà ancora più sensibile, migliorando di diverse volte le possibilità di trovare quei lampi. "Caltech è quindi davvero ben posizionata per cercare eventi transitori come questo", dice Piro.
Entro il prossimo decennio, il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) inizierà una massiccia indagine di tutto il cielo notturno. "Se LSST non è vedrà regolarmente questo tipo di eventi, allora potró pensare che forse c'è qualcosa di sbagliato in questo quadro, o che la formazione di buchi neri è molto più rara di quanto pensiamo", dice.
Foto:
Un'immagine computerizzata della distorsione di luce provocata da un Buco Nero. (Credit: Alain Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS)
Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130503230417.htm
A cura di Arthur McPaul
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