Herschel Osserva Nel Lontano Infrarosso i Getti dai Buchi Neri

Osservata per la prima volta, grazie all'osservatorio orbitante dell'ESA, l'emissione nel lontano infrarosso che si produce alla base dei getti di materiale che partono da un buco nero di massa stellare. Trovando risposte e nuove domande.

Non si fa a tempo a rispondere a una domanda che se ne apre un’altra. D’altronde i buchi neri, gli oggetti più densi dell’Universo, sono un vero concentrato di punti interrogativi per gli astrofisici. Ora l’osservatorio orbitante Herschel dell’ESA (ormai agli sgoccioli della sua vita scientifica) ha contribuito a chiarire diversi dubbi su un fenomeno che tipicamente li accompagna: la formazione di potenti getti di particelle ad alta energia, che dal disco di accrescimento del buco nero vengono sparate ad altissime velocità nello spazio.

Per la prima volta, Herschel è riuscito a studiare questi getti nella lunghezza d’onda del lontano infrarosso, giù fino alla base del getto, il punto da cui partono le particelle. Oggetto dello studio è GX 339-4, un sistema binario che comprende un buco nero della massa di circa 7 masse solari e una piccola stella da cui il buco nero risucchia massa. È uno dei buchi neri di massa stellare meglio conosciuti, ma finora la sua emissione era stata studiata nelle lunghezze d’onda radio, X, ottiche e del vicino infrarosso: mai nella porzione di spettro che va dalle onde radio al vicino infrarosso, una gamma di lunghezze d’onda in cui esistono pochissime informazioni sui buchi neri di massa stellare.

“Lo studio in più lunghezze d’onda è fondamentale per esplorare i dintorni dei buchi neri, perché regioni diverse emettono energia a lunghezze d’onda diverse. Grossomodo, il disco di accrescimento emette soprattutto in raggi X, mentre i getti soprattutto in onde radio. Ma la base dei getti, più vicino al buco nero, emette a lunghezze d’onda più corte delle onde radio, fino all’infrarosso. E’ qui che il contributo di Herschel è stato cruciale” spiega Stéphane Corbel del laboratorio AIM, in Francia, che ha coordinato lo studio.

Gli astronomi hanno iniziato a studiare GX 339-4 con Herschel dopo aver rilevato cambiamenti nella sua emissione X, che segnalavano come la fase di outburst di questa sorgente, in corso da mesi, fosse sul punto di terminare. La fase di outburst è quella in cui il buco nero produce getti molto brillanti nelle onde radio e che si estendono fino a 10.000 Unità astronomiche. Quando termina l’outburst, i getti diventano più corti e l’emissione radio cala.

“Crediamo che gli outburst si producano quando abbastanza materiale si accumula nel disco di accrescimento: proprio come una diga che non riesce più a contenere l’acqua, il materiale causa un’enorme aumento di energia dalla sorgente” spiega sempre Corbel.

Herschel ha permesso per la prima volta di studiare la comparsa dei getti più compatti che caratterizzano la fine della fase di outburst, e di seguire la loro evoluzione, studiando l’emissione fino alla base vicino al buco nero.

I dati di Herschel hanno così confermato l’ipotesi, già formulate sulla base delle osservazioni radio, per cui l’emissione dei getti è dovuta a radiazione di sincrotrone (quella che si produce quando particelle cariche viaggiano a velocità vicine a quelle della luce lungo una linea curva, proprio come negli acceleratori di particelle) liberata da elettroni ad alta energia. In particolare, gli elettroni più energetici presenti alla base del getto emettono radiazione nel lontano infrarosso, mentre quelli a più bassa energia sono la causa dell’emissione radio.

Ma i nuovi dati aprono anche nuove domande su quale sia la causa delle emissioni nel vicino infrarosso e nella luce visibile, anch’esse associate ai getti ma che non sembrano avere la stessa origine della radiazione nel lontano infrarosso e radio. Una possibile spiegazione è che i fotoni radio e FIR (Far-InfraRed) sparati nei getti vengano riflessi sul disco, guadagnando ulteriore energia e quindi salendo a frequenze più alte.

Lo studio di S. Corbel, et al., “Formation of the compact jets in the black hole GX 339-4“, 2013, è in corso di pubblicazione su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

A cura di Nicola Nosengo

Foto di apertura
Rappresentazione artistica di GX 339-4 (ESA/ATG medialab)

Fonte:
http://www.media.inaf.it/2013/03/12/herschel-va-alla-base-del-problema/

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I buchi neri contorcono anche la luce

Illustrazione di un buco nero che coinvolge anche la luce nel processo di torsione a chiocciola, assieme alla materia (credit: NASA)

Bo Thidé e i colleghi dell'Istituto Svedese di Fisica dello Spazio di Uppsala hanno pubblicato il 13 febbraio su Nature Physics uno studio che permetterà di rilevare la rotazione irregolare dei buchi neri.

I telescopi esistenti potrebbero infatti  essere dotati di rilevatori speciali per registrare la torsione impressa sulle onde di luce che passano vicino a un buco nero in rapida rotazione.

"L'effetto di recente scoperto è una conseguenza della teoria della relatività di Einstein e si basa sulle simulazioni numeriche effettuate dalla sua squadra" ci dice Thidé.

I ricercatori avevano già predetto e trovato alcune prove che i buchi neri e le stelle di neutroni. ruotando, mescolerebbero il tessuto circostante dello spazio-tempo, in un effetto conosciuto come "Frame dragging" traducibile come "trasporto sequenziale" ( SN: 9/2/00, p. 150 ).

Ma i ricercatori non avevano esplorato in dettaglio la possibilità che i buchi neri rotanti potessero anche coinvolgere nel processo la luce, impartendo un momento angolare alla radiazione. Per Martin Bojowald della Pennsylvania State University: "Il buco nero influisce sullo spazio-tempo in modo tale che la luce è coinvolta con il momento angolare orbitale automaticamente".

Le onde luminose sono costituite da creste e depressioni. Tali onde luminose che viaggiano all'unisono e senza ostacoli nello spazio hanno fronti d'onda (la superficie piana immaginaria su cui le linee di cresta di un onda si scontrano con la cresta di un altro)

Al contrario, quando la luce passa vicino ad un buco nero, ogni fotone acquista una torsione che altera la superficie piana d'onda in specie di scala a chiocciola centrata attorno alla direzione di marcia del fascio di luce.

"Ciò che è nuovo ed emozionante in questo stuio è che l'effetto appare effettivamente misurabile per il buco nero al centro della nostra galassia", dice Saul Teukolsky della Cornell University.

Thidé dice che il suo team esaminerà le osservazioni al radio telescopio del buco nero della Via Lattea per verificare che la luce abbia già subito la torsione. Bojowald dice che: "la tecnica non sarà un immediato strumento per le osservazioni reali dei buchi neri, ma sembra abbastanza promettente per suggerire l'aggiornamento dei telescopi in modo che possano cercarla".

"Nel frattempo" egli dice "la luce distorta ci dà un nuovo mezzo per verificare la relatività generale e lo spazio-tempo".

Tutto questo è per ora il risultato di calcoli ma già adesso gli attuali telescopi, con opportuni strumenti olografici, potrebbero misurare il grado di vorticità di qualsiasi onda elettromagnetica.  Per Fabrizio Tamburini del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova, uno degli autori dello studio, le applicazioni sono innumerevoli. “Come illustrato nel nostro articolo, abbiamo trovato il legame tra le equazioni della relatività generale di un buco nero rotante e la produzione di vorticità della radiazione elettromagnetica. Si possono così aprire  nuove frontiere nello studio dei nuclei galattici attivi e della rotazione delle galassie”.

La vorticità di un’onda elettromagnetica  ci fornisce in pratica ulteriori informazioni sulla sorgente che l’ha indotta. Ma nello stesso tempo può essere sfruttata come ulteriore canale per trasmettere informazioni, ad esempio nel campo delle telecomunicazioni. “Stiamo costruendo delle antenne particolari che riescono a imprimere vorticità nelle onde radio”, spiega Tamburini, “quello che abbiamo in mente è di ottenere una trasmissione di tali onde su grande distanza nel mondo reale, non più in laboratorio. In questo modo potremo trasmettere più canali sulla stessa frequenza perché sfruttando i diversi gradi di vorticità di un’onda è come se avessimo diversi canali sui quale ricevere e trasmettere informazioni utilizzando solo quell’onda”.

Il lavoro svolto dal gruppo rivela anche un aspetto curioso: “Il nostro non è solo un lavoro teorico ma anche fisico. Ad esempio abbiamo modificato dei paraboloidi in acciaio piegandoli a martellate. Non è un lavoro tipico di un fisico teorico però è divertente avere delle idee, sviluppare equazioni e alla fine vedere i risultati prendere forma in modo concreto nelle proprie mani”.

Traduzione e adattamento a cura di Arthur McPaul (dal Centro Ufologico Ionico)

Fonte1

Fonte2

I buchi neri nelle prime fasi di vita

La maggior parte delle galassie nell'Universo, inclusa la nostra Via Lattea, contengono buchi neri la cui massa varia da circa un milione a circa 10 miliardi di volte quella del nostro Sole. Per trovarli, gli astronomi cercano l'enorme quantità di radiazioni emesse dal gas che rientra in tali oggetti durante la loro fase attiva, ciè quando c'è l'accrescimento di materia. Questo "gas" si ritiene che sia il mezzo con cui i buchi neri crescono.

Un team di astronomi dell'università di Tel Aviv, tra cui il Prof. Hagai Netzer e Benny Trakhtenbrot, hanno stabilito che una prima rapida crescita dei buchi neri più massicci si sarebbe verificata quando l'Universo aveva solo circa 1,2 miliardi di anni e non 2-4 miliardi di anni, come si riteneva precedentemente, e stanno crescendo ad un ritmo molto veloce.

La nuova ricerca si basa su osservazioni con alcuni dei più grandi telescopi terrestri nel mondo: il "Gemini North" in cima al Mauna Kea nelle Hawaii e il "Very Large Telescope Array" sul Cerro Paranal in Cile. I dati ottenuti con la strumentazione avanzata su questi telescopi mostrano che i buchi neri che erano attivi quando l'Universo aveva solo 1,2 miliardi di anni sono circa dieci volte più piccoli rispetto alla maggior parte dei buchi neri massicci che si vedono in tempi successivi. Tuttavia, essi stanno crescendo molto più velocemente.

Il tasso di crescita misurato dai ricercatori ha permesso di valutare quello che è successo a questi oggetti molto prima e più volte in seguito. 

Il team ha scoperto che i buchi neri che hanno iniziato tutto il processo di crescita quando l'Universo aveva solo alcune centinaia di milioni di anni fa, avevano masse soltanto di 100-1000 volte la massa del Sole. Tali buchi neri possono essere correlati alla primissime stelle nell'Universo. Hanno anche scoperto che il periodo di crescita successiva delle fonti osservate, dopo i primi 1,2 miliardi anni, è durato solo 1-200 anni.

Il nuovo studio è il culmine di un progetto durato sette anni all'Università di Tel Aviv, nato per seguire l'evoluzione dei buchi neri più massicci e confrontarli con l'evoluzione delle galassie in cui tali oggetti risiedono.

I risultati saranno riportati in un nuovo documento prima di apparire sul The Astrophysical Journal .

Altri ricercatori del progetto sono il Prof. Ohad Shemmer della University of North Texas, che ha partecipato alla fase precedente del progetto e il Prof. Paulina Lira, presso l'Università del Cile.

A cura di Arthur McPaul

Fonte

Misteriosa esplosione nella Via Lattea

Degli astronomi giapponesi, utilizzando il rivelatore di raggi X sulla Stazione Spaziale Internazionale e grazie alla confermai della Penn State University, con lo Swift della NASA, hanno annunciato la scoperta di un nuovo oggetto che emette raggi X, che in precedenza era stato nascosto all'interno della nostra galassia,  nella costellazione del Centauro.

L'oggetto, un sistema binario, è stato rivelato di recente, quando uno strumento sulla Stazione Spaziale Internazionale denominato MAXI (Monitor di tutto il cielo a raggi X Image) per l'impianto a vista dell'Experiment Module "Kibo" ha colto in flagranza l'eruzione con una massiccia esplosione di raggi X noti come X-ray nova.

Il gruppo della missione di MAXI ha subito avvisato gli astronomi di tutto il mondo della scoperta della nuova sorgente di raggi X alle 2:00 am Mercoledì, 20 ottobre, e il NASA Swift Observatory ha rapidamente condotto una urgente osservazione nove ore dopo, che ha permesso di determinare la posizione della nova a raggi X ad essere misurata con precisione.

"La collaborazione tra il MAXI Swift e le squadre ci hanno permesso di identificare rapidamente e con precisione questo nuovo oggetto", ha detto Jamie Kennea, scienziato presso la Penn State University, che sta conducendo l'analisi con lo Swift. "MAXI e Swift hanno capacità complementari, e in questo caso hanno fornito una scoperta che non sarebbe stata possibile fare senza combinare le conoscenze acquisite da entrambi".

Il rilevamento di Swift ha confermato la presenza della finora sconosciuta fonte luminosa a raggi X, che è stata nominata MAXI J1409-619. "L'osservazione di Swift suggerisce che questa fonte è probabilmente una stella di neutroni o un buco nero con una massiccia stella compagna situata ad una distanza di poche decine di migliaia di anni luce dalla Terra nella Via Lattea", ha detto David Burrows, professore di astronomia e astrofisica presso la Penn State scienziato di punta per il Swift X-Ray Telescope. "Il contributo dello Swift X-Ray Telescope a questa scoperta è che può oscillare in posizione rapidamente a concentrarsi su un particolare punto nel cielo e può fornire l'immagine del cielo con alta sensibilità e  un'alta risoluzione spaziale".

"MAXI ha dimostrato la sua capacità di scoprire novae a raggi X a grandi distanze", ha detto Kazutaka Yamaoka, professore assistente presso la Aoyama Gakuin University e membro del team MAXI. "Il team ha in programma con  MAXI di effettuare ulteriori osservazioni coordinate con i satelliti della NASA a rivelare l'identità di questa fonte".

A cura di Arthur McPaul

Fonte:

"http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101022132134.htm"