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Arriva la nuvola!

La curiosità del mese di settembre 2012 a cura di Tomaso Belloni

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Fig. 1 - Questo video parte dalla Via Lattea vista nel cielo dell’emisfero Sud utilizzando immagini reali VLT, fino ad arrivare, nella direzione della Costellazione del Sagittario, al buco nero supermassiccio che si trova al centro della nostra galassia. Con animazioni 2D e 3D alla fine vengono mostrate le stelle che orbitano intorno al buco nero. La prima immagine che vedete (lontano infrarosso) mostra l’affollamento del nostro centro galattico entro una regione di 3 anni luce. L’esistenza del buco nero molto massiccio al centro della nostra galassia si basa su osservazioni durate 16 anni che hanno ricostruito le orbite di 28 stelle che si trovano molto vicine al centro della nostra galassia. Gli astronomi hanno in particolare seguito lo spostamento di una particolare stella chiamata S2 durante una sua orbita completa attorno al centro galattico cosa che ha permesso la determinazione della massa del buco nero e della distanza della stella dal centro galattico che è di circa 27 anni luce. Crediti: ESO - S. Gillessen, R. Genzel

Al centro della nostra galassia c’è un buco nero.
Non molto massiccio come altri che conosciamo in altre galassie, ma comunque contiene la massa di circa quattro milioni di volte il nostro sole. Il vantaggio di questo particolare buco nero supermassiccio è che è vicino, a solo 26000 anni luce dalla terra e quindi osservabile in dettaglio.

Fig. 1 - Immagine in banda X del satellite Chandra della sorgente X al centro della nostra galassia conosciuta come Sagittarius A*. Crediti: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al./E. Slawik. Per altre immagini vedere il sito del satellite Chandra.

Conosciamo la massa del "nostro" buco nero con una precisione di circa il 10%, quindi piuttosto bene per gli standard astronomici. Come è possibile?
Il modo migliore per misurare la massa di un oggetto celeste è quello di misurare il moto orbitale di altri oggetti che gli girano intorno.
Le leggi di Keplero permettono facilmente una misura. Nel caso del sole possiamo usare i pianeti, nel caso dei pianeti usiamo i loro satelliti e così via.
Nel caso del buco nero in questione, astronomi di due gruppi concorrenti in Germania e negli Stati Uniti hanno misurato il moto delle stelline più vicine al buco nero, usando tecniche particolari di osservazione con telescopi infrarossi.
Stiamo parlando di stelle entro un secondo d’arco dal buco nero (corrispondente all’angolo sotteso da una monetina da un euro a 5 km di distanza).
Negli anni, queste stelle non solo sono state viste spostarsi, ma seguire traiettorie curve intorno a un punto centrale invisibile.
Una di queste, chiamata S2, ha fatto un giro completo in circa 15 anni!
[Al seguente link potete trovare una serie di animazioni molto interessanti].

Fig. 2 - Orbite desunte di sei stelle attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Crediti: wikipedia.

Il nostro buco nero è molto tranquillo, diciamo dormiente.
Conosciamo moltissimi suoi cugini, i nuclei delle galassie attive, che emettono grandi quantità di raggi X e gamma.
Il processo è lo stesso che abbiamo visto per i buchi neri in sistemi binari: il buco nero mangia materia ed emette radiazione energetica.
Se nel caso dei sistemi binari la materia viene dalla stella compagna, in questo caso non può che venire dalla galassia, gas o stelle della zona più centrale.
Fortunatamente per noi, almeno in questo periodo cosmico, il nostro buco nero riceve pochissimo cibo e emette quantità molto più limitate di radiazione X.
Questo però non significa che sia sempre stato così o che non cambierà niente in futuro.
Guardando delle nubi di gas a una certa distanza dal centro della galassia, si vede che alcune di loro stanno venendo investite da radiazione X più intensa e la stanno ri-irradiando. Questo indica che in passato, centinaia di anni fa, il buco nero centrale era più attivo e la sua radiazione ha raggiunto solo ora queste nubi situate appunto a centinaia di anni luce.

Fig. 3 - Immagine artistica della nube di gas galattica che si sta muovendo verso il buco nero al centro della nostra galassia. In rosso la traiettoria della nube, in blu le orbite delle stelle più vicine al centro galattico. In rosso e giallo quello che rimarrebbe della nube di gas dopo esser passata vicino al buco nero. Crediti: APOD 30 dicembre 2011.

Nel gennaio di quest’anno un gruppo di ricerca internazionale ha annunciato di avere osservato una nube galattica contenente una quantità di gas corrispondente a tre volte la massa della terra che si sta muovendo quasi direttamente verso il buco nero a 1700 chilometri al secondo.
È facile calcolare quando arriverà: nell’estate del 2013.
La sua orbita è molto eccentrica: non cadrà nel buco nero, ma gli passerà molto vicino.
Ci aspettiamo quindi che al suo arrivo il buco nero ricomincerà a mangiare e la sua luminosità in raggi X aumenterà.
Non ci sarà pericolo per la terra, ma sarà un evento spettacolare.
E se invece di una nube nel buco nero ci cadesse una intera stella cosa succederebbe?
Ma l’abbiamo visto nella curiosità del luglio 2011, solo che il buco nero non era quello al centro della nostra galassia.