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La curiosità del mese

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Grasso è bello

La curiosità del mese di aprile 2015 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - A sinistra la regione centrale della Via Lattea osservata ai raggi X dal satellite Chandra. La posizione del buco nero Sagittarius A* (=SGR A*) e' indicata dalla freccia. A destra e' raffigurata la stessa regione, con indicate le posizioni delle stelle vicine al centro galattico nel corso degli anni 1995-1999. Per due di queste viene anche disegnata l'orbita.
Fig. 1 - A sinistra la regione centrale della Via Lattea osservata ai raggi X dal satellite Chandra. La posizione del buco nero Sagittarius A* (=SGR A*) è indicata dalla freccia. A destra è raffigurata la stessa regione, con indicate le posizioni delle stelle vicine al centro galattico nel corso degli anni 1995-1999. Per due di queste viene anche disegnata l’orbita.

Da una ventina d’anni sappiamo che nel centro di ogni galassia esiste un buco nero di taglia enorme. Da qualche milione a qualche miliardo di masse solari.
Anche la nostra Via Lattea non fa eccezione: il nostro buco nero centrale, che sia chiama Sagittario A*, è piccolo rispetto ai pesi massimi: solo 4 milioni di masse solari (vedi curiosità settembre 2012).
Per millenni questa regione centrale della Via Lattea è stata preclusa all’occhio umano, perchè la sua luce visibile è pesantemente assorbita dalle polveri che circondano il centro galattico.
Ma adesso possiamo osservare il cielo usando onde radio, luce infrarossa e raggi X, che sono molto meno assorbiti.
Abbiamo perfino visto le stelle vicino al centro galattico muoversi, e abbiamo potuto calcolare l’orbita, e quindi calcolare la massa del corpo centrale attorno al quale girano queste stelle (il buco nero appunto!). Se buchi neri di 4 milioni di masse solari vi sembrano enormi, vi dovete ricredere ... Abbiamo già visto (curiosità del novembre 2013) che più è grande la galassia ospite, più è pesante il suo buco nero centrale.
Le enormi galassie ellittiche che esistono al centro degli ammassi di galassie possono avere, nel loro centro, buchi neri di taglia XXL: miliardi di masse solari.

Fig. 2 - La radio-galassia Centaurus A vista ai raggi X (alto a sinistra) UV (alto in mezzo), visibile (alto a destra), infrarosso (basso a sinistra), radio (basso in mezzo) e alla frequenza di emissione dell'idrogeno neutro (basso a destra). A destra una imagine composita, ottenuta sovrapponendo le varie immagini alle diverse frequenze.  Quella che in luce visibile appare come una glassia ellittica normale, alle altre frequenze rivela la presenza di due enormi getti, che si estendono ben oltre il diametro della galassia.
Fig. 2 - La radio-galassia Centaurus A vista ai raggi X (alto a sinistra) UV (alto in mezzo), visibile (alto a destra), infrarosso (basso a sinistra), radio (basso in mezzo) e alla frequenza di emissione dell’idrogeno neutro (basso a destra). A destra una imagine composita, ottenuta sovrapponendo le varie immagini alle diverse frequenze. Quella che in luce visibile appare come una glassia ellittica normale, alle altre frequenze rivela la presenza di due enormi getti, che si estendono ben oltre il diametro della galassia.

Ma come hanno fatto a diventare così grossi?
Non lo sappiamo con precisione: sappiamo che alla nascita erano molto più piccoli, ma non sappiamo quanto.
Un centinaio di masse solari? Oppure centomila? Si sta ancora discutendo.
Ma di sicuro, per diventare dei pesi massimi, tutti i buchi neri hanno dovuto ingoiare tutta la massa di cui sono fatti.
La materia intorno al buco nero ne viene attratta e ci cade dentro.
Avvicinandosi al mostro è molto probabile che la materia formi un disco (che viene chiamato disco di accrescimento), e che alla fine del viaggio di non ritorno vada ad ingrossare il buco nero stesso.
Nel viaggio la materia libera enormi quantità di energia, producendo una luminosità che può superare di gran lunga quella di tutte le stelle della galassia messe insieme.
Ma questo processo, per quanto drammatico e imponente, non può far crescere il buco nero in pochi milioni di anni. Ne occorrono di più.
Si pensa che la massa di un buco nero centrale possa al più raddoppiare in 42 milioni di anni. Se fate i conti, trovate che per passare da 100 ad un miliardo di masse solari, occorrono almeno 3 miliardi di anni ...

Fig. 3 - Come apparirebbe un buco nero che accresce materia ad un esploratore spaziale che incautamente passasse li' vicino (dal film Interstellar). Vedi anche https://www.youtube.com/watch?v=Z6mEvHG1jsc
https://www.youtube.com/watch?v=uLMmBjwSGbQ
Fig. 3 - Come apparirebbe un buco nero che accresce materia ad un esploratore spaziale che incautamente passasse lì vicino (dal film Interstellar). Vedi anche https://www.youtube.com/watch?v=Z6mEvHG1jsc - https://www.youtube.com/watch?v=uLMmBjwSGbQ

Beh, poco male, direte voi, tanto c’è tempo, l’Universo ha 13 miliardi e mezzo di anni, no?
Già, ma supponete di scoprire una galassia lontana, la cui luce, che ci raggiunge adesso, è partita quando l’Universo aveva solo un miliardo di anni.
La osservate bene, e scoprite che al suo centro c’è un buco nero esagerato, di 10 miliardi di masse solari ... Siete un poco sorpresi, no?
E vi chiedete: ma come ha fatto quel buco nero a diventare così grosso in così poco tempo?
È proprio quello che ci chiediamo noi, dopo che abbiamo scoperto non uno, ma ben due buchi neri così grossi e così lontani ...

Se volete dare un’occhiata ...

An ultra-luminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30 - articolo sulla rivista Nature, Vol. 518, 512-515 (2015)
SDSS J013127.34-032100.1: a candidate blazar with a 11 billion solar mass black hole at z=5.18 - articolo sulla rivista MNRAS (in press. 5 pages, 1 table, 4 figures - 2015)
Accretion Disk around Black Hole - Simulazione su Youtube - 2014
Black Hole Accretion Disk [720p] - Simulazione su Youtube - 2009

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