Universe

Sagittarius A*: perché i buchi neri sono così luminosi?

E perché il buco nero al centro della nostra galassia è così debole?

Una simulazione al computer mostra il gas caldo che cade in Sagittarius A *, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.

I buchi neri, per definizione, sono così densi che nemmeno la luce può sfuggire. I buchi neri sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo. Per quale motivo?

La risposta, in parte, è che i buchi neri non sono soli. I buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono generalmente circondati da calde nuvole di gas. Mentre il gas si dirige verso il buco nero, può creare aure cosmiche intorno al luogo più buio della galassia.

Stranamente, il buco nero al centro della galassia della Via Lattea non è così luminoso come dovrebbe essere. Capire il mistero ci aiuterà a chiarire la connessione tra la luce che osserviamo e ciò che cade.

Perché i buchi neri sono così luminosi

I buchi neri possono apparirci luminosi per diversi motivi. Quando il gas delle stelle vicine cade verso il buco nero, il gas si muove a spirale come l’acqua che cade verso uno scarico. Questo meccanismo crea forze di attrito di strofinamento e il gas diventa caldo. È essenzialmente lo stesso processo che i Boy Scout usano per accendere un fuoco con due bastoncini, la differenza è che di questo la temperatura del gas può raggiungere milioni di gradi.

Il gas caldo separa i propri atomi, creando un mare di ioni positivi ed elettroni negativi. Queste particelle cariche formano un plasma e agitandosi generano campi magnetici molto turbolenti che incanalano il gas in due enormi getti che puntano in direzioni opposte. Se l’inclinazione di uno di questi getti ha una inclinazione tale da puntare verso la Terra, “vedremo” un buco nero brillante.

A volte però questi getti potrebbero avere una direzione diversa dalla nostra visuale e potrebbero scontrarsi con nuvole di gas vicine o addirittura con una galassia vicina, così da generare un bagliore distinto.

Il nostro mostro fioco

Al centro della nostra galassia si trova un mostro sorprendentemente calmo. “Come buco nero o come motore energetico, si può considerare quasi morto”, ha affermato Geoffrey Bower del Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics di Hilo, Hawaii.

La domanda è perché. “Sappiamo che esiste una sorta di meccanismo per impedire al materiale di raggiungere il centro o raggiungere il buco nero stesso e caderci dentro”, ha detto Lía Corrales, astrofisica dell’Università del Michigan, “ma non abbiamo capito esattamente che  meccanismo è”

Un’ipotesi  sostiene che quando il gas cade verso il buco nero e si riscalda, la pressione raggiunta lo spinge indietro. In effetti, in un articolo pubblicato il mese scorso su The Astrophysical Journal , Corrales e i suoi colleghi hanno pubblicato il risultato di una lunga analisi statistica delle osservazioni del buco nero, chiamato Sagittarius A * (“A-star”), dalla radiografia del satellite Chandra. Lo studio ci fornisce prove che il gas caldo vicino al Sagittario A * si muove verso l’esterno e si raffredda.

Sagittarius A*

Nel maggio 2019 da Sagittarius A * è scoppiato un enorme bagliore, come si vede nell’immagine infrarossa a lato prese dal telescopio Keck. T. Do, Keck / UCLA Galactic Center Group

Il bagliore ha aumentato di 75 volte la luminosità del buco nero supermassiccio Sagittarius A*, dotato di una massa pari a 4 milioni di volte quella del Sole.

“Il buco nero era così luminoso che in un primo momento l’ho scambiato per la stella SO-2”, racconta l’astronomo Tuan Do. “Nei frame successivi, però, era chiaro che si trattava di una sorgente a luminosità variabile, per cui doveva essere il buco nero.  Ho capito subito che probabilmente stava accadendo qualcosa di interessante”.

I buchi neri non emettono radiazioni che possano essere rilevate dagli attuali strumenti a disposizione degli astronomi, per cui il bagliore doveva essere stato generato dalla frizione del materiale che ruota attorno al buco nero, attratto dalla sua forza gravitazionale.

I ricercatori ipotizzano dunque che l’improvviso flash sia riconducibile al passaggio ravvicinato fatto nel 2018 dalla stella SO-2, che orbita intorno al buco nero ogni 16 anni. Non escludono però che il fenomeno rappresenti una reazione ritardata del buco nero all’avvicinamento della nube di gas G2, avvenuto nel 2014

Quindi Sagittarius A * è ancora vivo, si apre e gorgoglia, a volte diventando centinaia di volte più luminoso. Gli astronomi non sono sicuri se questi bagliori siano il risultato di ammassi di gas caldo che cadono, delle onde d’urto che si muovono attraverso il gas o archi di materiale magnetico, simili ai bagliori solari.

Per avere un quadro completo di ciò che sta accadendo, gli astronomi hanno provato a guardare Sagittarius A * con più telescopi contemporaneamente.

L’Event Horizon Telescope è formato da 11 telescopi sparsi sulla Terra che fungono da singolo strumento. L’EHT è capace di osservare il gas incandescente che si trascina intorno alla periferia del buco nero prima che vi cada dentro. Altri telescopi osservano distanze ancora più più esterne. Gli astronomi possono quindi confrontare le osservazioni e chiarire il meccanismo dei jet.

L’EHT ha iniziato ad osservare Sagittarius A * nel 2017 con otto degli attuali 11 telescopi (i restanti tre sono stati aggiunti in seguito). Ogni primavera, solo per un periodo di 10 giorni tutti i telescopi dell’EHT possono lavorare contemporaneamente per questo obiettivo astronomico – una finestra di osservazione estremamente breve che riduce notevolmente il margine di errore.

Sfortunatamente, nel 2018 le condizioni meteo hanno limitato le osservazioni e nel 2019 un problema tecnico ha costretto gli astronomi ad annullare l’osservazione.

Tuttavia nel 2017, gli astronomi hanno avuto fortuna. Non solo sono stati in grado di coordinare l’EHT con le osservazioni dei telescopi spaziali a raggi X, ma è stato anche osservato un bagliore da Sagittarius A *. Gli astronomi però non hanno ancora pubblicato i dati.

La campagna di osservazione del 2020, che doveva iniziare il 26 marzo, è stata annullata a causa della pandemia di COVID-19. Gli astronomi dovranno rimandare al prossimo anno lo sguardo dell’EHT su Sagittarius A *.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Why Are Black Holes So Bright? – Quanta Magazine – LIZ KRUESI
    APRIL 22, 2020
  2. Amici della Scienza
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