Due nuovi documenti di ricerca ci consentono di avvicinarci allo spazio vicino all'orizzonte degli eventi e di formare immagini di eventi nella regione in cui si trovano le orbite stabili più vicine al buco nero. Gli autori di entrambi gli studi esaminano le emissioni periodiche che si verificano quando la materia nera inizia ad assorbire nuova materia.
I buchi neri stessi assorbono tutta la luce al di fuori del loro orizzonte degli eventi e lo spazio al di fuori di tale orizzonte degli eventi di solito emette tale luce in grandi quantità. Ciò è dovuto al fatto che la materia che cade in un buco nero ha un'enorme carica di energia. Perde coppia e si schianta su altra materia in orbita attorno al buco nero. Pertanto, sebbene non sia possibile ottenere direttamente un'immagine del buco nero, possiamo trarre alcune conclusioni sulle sue proprietà sfruttando la luce dell'ambiente che crea.
Questa settimana sono stati pubblicati due documenti di ricerca che ci consentono di avvicinarci allo spazio vicino all'orizzonte degli eventi e di formare immagini di eventi nella regione in cui si trovano le orbite stabili più vicine al buco nero. Gli autori di uno di questi articoli sono giunti alla seguente conclusione: un buco nero supermassiccio ruota così velocemente che un punto sulla sua superficie si muove a una velocità pari a circa la metà della velocità della luce.
Eco bagliore
Gli autori di entrambi gli studi esaminano le emissioni periodiche che si verificano quando la materia nera inizia ad assorbire nuova materia. Questa sostanza viene incanalata nel foro attraverso una struttura piatta centrata in un buco nero. Questa struttura è chiamata disco di accrescimento. Quando appare nuova materia, il disco si riscalda, rendendo il buco nero più luminoso. Per questo motivo, si verificano cambiamenti nello spazio circostante. Gli autori di entrambi gli studi stanno cercando una risposta alla domanda su cosa possono dirci questi cambiamenti sul buco nero e lo spazio nelle sue vicinanze.
In uno di questi articoli, l'attenzione degli scienziati è focalizzata su un buco nero con massa stellare, che è 10 volte la massa del Sole. In risposta alla materia che penetra all'interno, una di queste stelle ha creato un evento transitorio chiamato MAXI J1820 + 070. Ha preso il nome dallo strumento MAXI sulla ISS, progettato per condurre osservazioni astronomiche nella gamma dei raggi X. A seguito della scoperta di questo evento, è stato possibile condurre nuove osservazioni utilizzando l'apparecchiatura della ISS chiamata NICER, che esamina la composizione interna delle stelle di neutroni. Questa apparecchiatura può effettuare misurazioni molto veloci dei raggi X emessi da sorgenti astronomiche, il che consente di monitorare efficacemente i cambiamenti a breve termine in un oggetto.
In questo caso, lo strumento NICER è stato utilizzato per analizzare l '"eco di luce". Il punto è che oltre al disco di accrescimento, i buchi neri hanno una corona, che è una bolla di materia caricata energeticamente situata sopra e sotto il piano del disco. Questa stessa corona emette raggi X che possono essere rilevati con gli strumenti. Ma questi raggi X colpiscono anche il disco di accrescimento e alcuni di essi si riflettono nella nostra direzione. Un eco così leggero può dirci alcuni dettagli sul disco di accrescimento.
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Risolvere il mistero
In questo caso, l'eco della luce ha aiutato a risolvere il puzzle. Le immagini prese da buchi neri superdensi al centro delle galassie indicano che il disco di accrescimento si è esteso lungo l'orbita stabile più vicina al buco nero. Tuttavia, le misurazioni dei buchi neri di massa stellare indicano che i bordi del disco di accrescimento sono molto più lontani. Poiché è improbabile che le proprietà fisiche cambino con le dimensioni, queste misurazioni hanno lasciato perplessi gli scienziati.
Una nuova analisi mostra che ci sono proprietà sia variabili che costanti nei raggi X MAXI J1820 + 070. Le proprietà costanti indicano che il disco di accrescimento che crea l'eco non cambia affatto la sua posizione. E le proprietà variabili indicano che quando un buco nero divora la materia, la sua corona diventa più compatta e quindi la sorgente di raggi X viene spostata. I dettagli del segnale costante indicano che il disco di accrescimento è molto più vicino al buco nero. Grazie a ciò, le nuove misurazioni sono in pieno accordo con ciò che sappiamo sulle versioni superdense dei buchi neri.
Morte di una stella
Nel territorio superdenso si trova l'oggetto ASASSN-14li, scoperto durante l'esplorazione automatica delle supernove. Questo oggetto aveva proprietà che si trovano comunemente in un evento chiamato interruzione della marea. Durante un tale evento, il buco nero, per la forza della sua gravità, fa a pezzi una stella che gli è troppo vicina. Tuttavia, le successive osservazioni hanno mostrato che questo segnale ha una struttura piuttosto strana. Ogni 130 secondi emetteva una raffica per un breve periodo.
Questo segnale non era molto diverso dallo sfondo su cui è avvenuta la distruzione della stella, ma è stato rilevato da tre diversi strumenti, il che indica che qualcosa sta accadendo periodicamente. La spiegazione più semplice è che parte della stella è caduta in orbita attorno al buco nero. La frequenza di tali orbite dipende dalla massa e dalla velocità di rotazione del buco nero, nonché dalla distanza tra il buco nero e l'oggetto in orbita attorno ad esso. In altri modi, la rotazione di un buco nero è difficile da misurare, e quindi gli scienziati riproducono simulazioni molte volte, testando varie configurazioni del sistema dei buchi neri.
La massa di un buco nero è determinata in base alle dimensioni della galassia in cui si trova. Esiste una semplice relazione tra la velocità di rotazione e la distanza orbitale: più vicino è qualcosa di simile al buco nero, più lentamente ruota il buco nero in modo che l'oggetto si muova in orbita alla stessa velocità. Pertanto, calcolando l'orbita più vicina possibile, gli scienziati sono stati in grado di determinare il valore minimo della velocità di rotazione.
I calcoli eseguiti indicano che il buco nero ruota almeno con una velocità tale che un punto sulla sua superficie si sposta a una velocità metà della velocità della luce. (Per darti un'idea più completa, va detto che i buchi neri superdensi possono essere così grandi da avere lo stesso raggio dell'orbita di Saturno o Nettuno.) Se la materia orbita un po 'più lontano dal centro, allora può farlo anche il buco nero. accelera la sua rotazione.
Non possiamo ancora ottenere direttamente le immagini dei buchi neri, ma gli studi hanno dimostrato che in essi si verificano numerosi eventi, il che può fornirci molti dati sul loro comportamento nell'Universo. E questo ci permette di trarre alcune conclusioni sulle proprietà dei buchi neri stessi, così come sulla materia in attesa dietro le quinte per entrarvi. Stiamo anche iniziando a ottenere informazioni dalle osservazioni di onde gravitazionali che ci danno un'idea della massa e della rotazione dei buchi neri in collisione. Presi insieme, questi dati rimuovono un alone di oscurità dai buchi neri e non sono più un territorio inesplorato per noi.
John Timmer
