I buchi neri sono forse gli oggetti più strani e misteriosi dell'universo conosciuto. Nessuno li ha visti, ma gli scienziati sono sicuri che esistano. Non solo sono previsti da Einstein, la loro presenza è confermata indirettamente dall'influenza che hanno sullo spazio-tempo che li circonda. Sappiamo qualcosa di questi oggetti, ma non ne sappiamo nemmeno di più. Secondo gli scienziati, comprendere il fenomeno dei buchi neri e, in particolare, quei processi che avvengono nei loro centri, ci consentirà non solo di comprendere, ma ci darà anche l'opportunità di controllare le forze fondamentali della natura, ad esempio, la stessa gravità.
Ogni anno, gli scienziati riportano scoperte relative ai buchi neri, passo dopo passo, che portano a una comprensione più approfondita della loro natura. Oggi parleremo dei dieci più recenti.
Molti buchi neri di massa intermedia
Tra la famiglia dei buchi neri, forse i più importanti sono i cosiddetti buchi neri di massa media (o intermedia). Si tratta di buchi neri, la cui massa è molto maggiore della massa dei buchi neri di magnitudine stellare (da 10 a diverse decine di masse solari), ma molto inferiore a quella dei buchi neri supermassicci (da un milione a centinaia di milioni di masse solari). In precedenza, si presumeva che questo tipo di buco nero si verifichi molto meno spesso di quanto indicato dalle altre due classi, ma una recente scoperta ha confutato questa opinione.
Nel 2018, gli scienziati hanno trovato un luogo in cui tali oggetti si trovano più spesso. Per ragioni finora inspiegabili, i buchi neri di massa media si trovano più spesso nei centri di piccole galassie. Una volta che gli scienziati lo hanno capito, il raro buco nero non era più raro. Inoltre, questa scoperta potrebbe aiutare a risolvere un altro mistero associato ai buchi neri.
Una delle domande più urgenti dell'astronomia moderna è la natura dei buchi neri supermassicci. Gli scienziati non riescono a capire come alcuni dei buchi neri supermassicci scoperti in galassie relativamente compatte siano cresciuti molto rapidamente di dimensioni dopo il Big Bang. Quegli stessi buchi neri di massa media possono indicare la risposta corretta. Secondo una delle ipotesi, i buchi neri supermassicci potrebbero essere cresciuti da buchi neri di massa media, secondo un altro - sono nati in quel modo fin dall'inizio. Ma come? Gli scienziati non possono ancora fornire una risposta esatta, ma sembra che stiano iniziando a muoversi nella giusta direzione.
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Oggetti misteriosi vicino a Sagittario A *
Il Sagittario A * è un buco nero supermassiccio situato al centro della nostra galassia. All'inizio degli anni 2000, gli scienziati hanno scoperto due oggetti misteriosi accanto ad esso. Sono stati soprannominati oggetti di classe G e sono stati originariamente scambiati per nuvole di gas e polvere. Il mistero è iniziato dopo che questi oggetti si sono avvicinati al buco nero. Invece di essere lacerati dalla potente gravità di un buco nero supermassiccio, gli oggetti G1 e G2 erano in qualche modo in grado di sopravvivere.
Nel 2018, gli scienziati hanno scoperto altri tre oggetti di classe G (G3, G4, G5) vicino a Sagittarius A *. L'analisi dei dati raccolti in 12 anni non ha finalmente chiarito il quadro per gli astronomi. Gli oggetti attirano l'attenzione per le loro proprietà insolite. Tutti e cinque gli oggetti G hanno le caratteristiche firme visive delle nuvole di gas, ma si comportano come stelle di massa enorme.
Sulla base di ciò, gli scienziati hanno ipotizzato di aver incontrato un tipo molto raro di stelle, insolito per la nostra galassia. Gli scienziati spiegano l'aspetto di questi oggetti dalle condizioni uniche nelle vicinanze di un buco nero supermassiccio: qui, sotto l'influenza di una potente gravità, le stelle binarie possono collassare per formare un unico, grande oggetto avvolto da uno spesso strato di gas e polvere. Tuttavia, gli scienziati notano che non tutti gli oggetti hanno orbite simili attorno a un buco nero, quindi non possono ancora spiegare la natura del fenomeno che hanno visto.
Il più antico buco nero
La scoperta del buco nero più antico non è solo una questione di età. La scoperta di questo vecchio può aiutarci a risolvere molti misteri interessanti associati all'era in cui le prime stelle dell'universo hanno appena iniziato a prendere fuoco.
Secondo gli scienziati, il buco nero ULAS J1342 + 0928 scoperto nel 2017 è nato solo circa 690 milioni di anni dopo il Big Bang. Quando il cosmo era solo il 5 per cento dell'età odierna, questo buco nero era già 800 milioni di volte la massa del nostro Sole oggi.
L'oggetto si trova a circa 13,1 miliardi di anni luce dalla Terra e si è formato durante i primi giorni dell'universo. Questo periodo è spesso chiamato l'era della reionizzazione, quando le prime stelle, galassie, ammassi e superammassi di galassie iniziarono ad apparire a causa dell'attrazione gravitazionale. Il quadro completo della reionizzazione non è ancora chiaro agli scienziati, quindi i buchi neri apparsi durante questo periodo potrebbero certamente essere una delle fonti più interessanti di nuove informazioni.
Come notato sopra, gli scienziati non riescono nemmeno a capire come in così poco tempo dopo il Big Bang, i buchi neri siano stati in grado di accumulare un'enorme quantità di massa. Oggetti come ULAS J1342 + 0928 possono far luce su questa domanda, ma per trarre delle conclusioni, sarebbe bello trovare almeno alcuni dinosauri spaziali più simili. Sfortunatamente, i buchi neri dell'era della reionizzazione sono estremamente rari.
Buco nero a più rapida crescita
Nel 2018, gli scienziati hanno scoperto il buco nero "affamato" nell'universo conosciuto. Ogni giorno, ogni secondo, consuma una massa equivalente alla massa del nostro Sole, grazie alla quale cresce anche rapidamente. Fortunatamente per noi, è molto lontana. Se questo mostro fosse al centro della Via Lattea, i raggi X che crea sterilizzerebbero la Terra da qualsiasi forma di vita.
Quando gli scienziati hanno scoperto la prima luce del quasar J2157-3602 associata a questo buco nero, la sua età è stata stimata in 12 miliardi di anni. Non appena gli scienziati hanno confermato che esiste davvero un buco nero vicino al quasar, la sua massa era già di circa 20 miliardi di masse solari. Al momento, gli astronomi non possono spiegare il motivo della rapida crescita del buco nero.
L'unica cosa che si sa di questo oggetto è che i suoi appetiti riscaldano il gas e la polvere circostanti a uno stato tale che la loro luminosità oscurerà facilmente la luce di quasi tutte le stelle nel cielo.
Grappolo nascosto
Un ammasso di galassie può contenere centinaia o addirittura migliaia di galassie. Questi ammassi sono considerati dagli scienziati come alcuni degli oggetti più grandi dell'universo. Pensi che un simile enorme sia impossibile da nascondere con un singolo oggetto spaziale? Tui hai torto. Un quasar ha dimostrato il contrario.
L'oggetto scoperto si chiamava PKS1353-341 e originariamente doveva essere una galassia separata, con una regione centrale incredibilmente luminosa. Tuttavia, gli astronomi del Massachusetts Institute of Technology nel 2018 hanno scoperto una verità che era stata nascosta per diversi decenni da quando l'oggetto era stato scoperto. Si è scoperto che l'oggetto non è una galassia, ma un singolo quasar (una regione di gas caldo che circonda un buco nero supermassiccio), che si trova al centro di un intero ammasso di galassie situato a 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra.
Il quasar era così luminoso che ha letteralmente eclissato l'intero spazio circostante contenente centinaia di galassie. Gli scienziati del MIT hanno calcolato la sua luminosità e si è scoperto che è 46 miliardi di volte più luminosa del Sole. Secondo i ricercatori, una luminosità così estrema è associata all'assorbimento di una grande quantità di materiale circostante da parte del buco nero supermassiccio centrale.
Sistemi doppi
Un altro mistero per gli scienziati è il cosiddetto doppio, cioè buchi neri accoppiati che si avvolgono l'uno intorno all'altro. Casi di collisioni di buchi neri sono già stati notati dagli scienziati in passato. Due sono stati identificati nel 2015 e uno in più nel 2017. Sorprendentemente, grazie a quest'ultimo, gli scienziati divennero per la prima volta testimoni diretti di un fenomeno altrettanto raro.
Nel segnale ricevuto della collisione di due buchi neri, sono stati notati segni di increspature gravitazionali dello spazio-tempo - un cambiamento nel campo gravitazionale, che si propaga come onde. In questo caso, entrambi i buchi neri non sono stati distrutti, ma si sono fusi in un unico insieme: un buco nero supermassiccio, di dimensioni ancora maggiori rispetto ai suoi progenitori.
Gli scienziati hanno due ipotesi sulla natura dell'aspetto dei sistemi da buchi neri binari. Secondo uno, i buchi neri binari compaiono quando i sistemi stellari binari muoiono. Secondo il secondo, i buchi neri si formano indipendentemente l'uno dall'altro e successivamente, spostandosi nello spazio, vengono attratti l'un l'altro sotto l'influenza delle forze gravitazionali.
Bolla mortale
Nel 2018, i fisici hanno suggerito un altro scenario dell'apocalisse: la Terra potrebbe essere distrutta dai buchi neri. Un anno prima, il mondo scientifico ha celebrato la conferma della scoperta delle onde gravitazionali, un fenomeno che allunga e contrae il tessuto della realtà. Questo potere è mortale.
Nella nuova teoria, gli scienziati dell'Università di Princeton hanno previsto uno degli scenari di ciò che potrebbe accadere se, a seguito di cataclismi cosmici ad alta energia (ad esempio, quando due buchi neri o due stelle di neutroni si fondono), le onde gravitazionali risultanti si scontrassero tra loro.
A scopo illustrativo, le onde gravitazionali sono spesso paragonate ai cerchi nell'acqua che si verificano quando viene lanciata una pietra. Tuttavia, se una particella o un oggetto si muove alla velocità della luce, possono apparire onde gravitazionali piane. Secondo gli scienziati, se le onde sono abbastanza grandi, la loro collisione potrebbe creare un gigantesco buco nero che cambierà lo spazio e il tempo su una vasta area dello spazio esterno.
Se ciò accade vicino alla Terra, allora non solo tutti gli esseri viventi, ma anche il pianeta stesso e l'intero sistema solare finiranno.
Rogue Black Hole
Gli scienziati si sono ripetutamente interrogati sulla possibilità di "espulsione" delle galassie dai loro buchi neri centrali. Tuttavia, per molto tempo, gli astronomi non sono riusciti a trovare prove di questo fenomeno. Ma nel 2017, la galassia 3C186 ha presentato agli esploratori spaziali una vera sorpresa.
Secondo gli scienziati, in precedenza la galassia 3C186 era composta da due galassie separate, che a un certo punto della loro storia si sono fuse in una sola. La nuova galassia ha assunto contorni e forma abbastanza chiari, invece della presunta struttura disordinata, ma la sorpresa principale è arrivata dal suo centro: gli scienziati, pieni di speranze di trovare un buco nero supermassiccio in essa, non hanno trovato proprio nulla.
Successivamente, il buco nero è stato ancora scoperto, a soli 35.000 anni luce dal centro galattico 3C186. Quando i due ammassi stellari si sono scontrati, i loro buchi neri galattici centrali si sono scontrati, creando alla fine un buco nero supermassiccio. Questo evento molto probabilmente ha creato onde gravitazionali molto potenti che hanno spinto questo buco nero appena formato fuori dalla galassia, spiegano gli scienziati.
Questo, tuttavia, si è rivelato non così facile, continuano i ricercatori. L'espulsione di un buco nero dal centro galattico richiedeva un'energia equivalente all'esplosione di 100 milioni di supernove. Gli scienziati non hanno ancora capito cosa sia realmente accaduto lì, ma sta già diventando chiaro che ci sono forze in grado di resistere anche al potere dei buchi neri stessi.
È interessante notare che il buco nero canaglia continua a muoversi verso i bordi della sua galassia. Al ritmo attuale, sarà completamente espulso al di fuori di esso in circa 20 milioni di anni.
Tempo inverso
I buchi neri si formano quando si verifica un collasso gravitazionale (compressione) di una stella sufficientemente massiccia, o il collasso della parte centrale della galassia o del gas protogalattico. In questo momento, una quantità colossale di radiazioni gamma viene lanciata nello spazio. Quest'ultimo, a sua volta, è l'evento elettromagnetico più luminoso che si verifica nell'Universo e non è ancora del tutto compreso dagli scienziati.
Nel 2018, sono stati trovati segni molto strani nei segnali di raggi gamma catturati, che, secondo i ricercatori della NASA, possono essere interpretati come "inversione temporale". In genere, ogni evento di raggi gamma emette una forma d'onda caratteristica che non si ripete mai. I segnali rilevati contenevano anomalie che, come si è scoperto, non potevano essere spiegate dal punto di vista di alcun modello teorico. Questi segnali erano strutture simili a onde speciali che venivano ruotate nel tempo come se il loro inizio fosse alla fine dello scoppio e la fine - nei primi momenti dello scoppio.
Per alcuni fisici, una simile osservazione era sufficiente per rivendicare la prova dell'inversione del tempo. Secondo un'altra spiegazione e, molto probabilmente, più realistica, i raggi dell'emissione di raggi gamma sul loro cammino potrebbero entrare in collisione con della materia, che ha dotato le onde di una firma che è stata accettata dagli scienziati per il corso inverso del tempo. È del tutto possibile che i raggi colpiscano un qualche tipo di accumulo di materia, che ha agito su di essi come una superficie riflettente. Tuttavia, non è esclusa la possibilità che si tratti di una legge della fisica completamente nuova, il cui primo esempio sono stati gli scienziati nel 2018.
Fantasmi di universi perduti
Nell'agosto di quest'anno, il fisico britannico dell'Università di Oxford Roger Penrose ha rilasciato una dichiarazione molto forte. Lui e il suo team sostengono che prima dell'avvento del nostro universo, cioè prima del Big Bang, c'era un altro universo. Questa conclusione è stata suggerita da una serie di anomalie di luce osservate nella radiazione di fondo a microonde, che, secondo Penrose, sono spirali di luce lasciate da buchi neri che appartenevano all'universo precedente, che esisteva prima del Big Bang.
In una delle sue teorie, l'ancor più famoso fisico britannico Stephen Hawking ha suggerito che i buchi neri, dopo aver perso la maggior parte delle loro particelle, scompaiono. Queste ipotetiche particelle sono chiamate gravitoni. Non hanno massa, né carica elettrica né altro, ma allo stesso tempo hanno energia e quindi partecipano all'interazione gravitazionale.
Quando un universo muore e ne appare uno nuovo, questi gravitoni, secondo Penrose, diventano parte del nuovo universo. Lo scienziato ei suoi colleghi sono convinti di aver trovato questi "resti" sopravvissuti nella radiazione di fondo a microonde. Hanno chiamato le anomalie di luce rilevate "punti di Stephen Hawking". Se le osservazioni degli scienziati saranno confermate, dovremo affrontare una seria revisione della teoria del Big Bang.
Nikolay Khizhnyak
