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11:08 24 Agosto 2019
Il viaggio al centro della galassia

Il mistero dei buchi neri: cosa nasconde la costellazione della Balena?

© Depositphotos / sdecoret, ESA/Herschel/PACS, SPIRE/Hi-GAL Project
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Di recente è stato scoperto il buco nero più pesante in assoluto, 40 miliardi di volte più del Sole. Cerchiamo di spiegarvi da che parte dell’Universo vengano questi incredibili corpi celesti.

Un buco nero padroneggia in mezzo alla galassia

Gli studiosi sono da tempo interessati alle galassie il centro delle quali è presente una sorgente di potenti radiazioni chiamata nucleo attivo.

I nuclei galattici attivi più luminosi sono le quasar. Si trovano fuori dalla Via Lattea, ma sono così luminose che alcune di esse sono visibili dalla Terra. Furono scoperte nel 1960 e già allora gli scienziati pensarono che si trattasse di nuclei galattici: enormi sorgenti di energia concentrate in un piccolo spazio. È anche possibile che si tratti di enormi buchi neri. Tuttavia, per via della grandissima distanza, gli astronomi non sono in grado di studiare nel dettaglio la loro composizione e di determinare in maniera precisa la loro massa.

Sarebbe forse più semplice studiare il nucleo della nostra galassia, la Via Lattea. La maggiore sorgente di onde radio nella costellazione del Sagittario, Sagittarius A*, si trova a soli 26.000 anni luce dalla Terra. Ma poiché ci troviamo al limitare del disco galattico non riusciamo ad osservarne direttamente il centro. Inoltre, il centro è nascosto da agglomerati di gas denso e dal bulbo, una zona formata da un gran numero di stelle.

Gli astrofisici ipotizzano che il nucleo attivo della nostra galassia possa includere un buco nero e ne hanno calcolato in maniera piuttosto precisa la massa in base al movimento delle stelle circostanti. Pare che il buco nero sia solo 4 milioni di volte più pesante del Sole.

Spektr-RG volge lo sguardo al nucleo

Si ritiene che un buco nero si formi durante il collasso gravitazionale di una stella. La sua forza di gravità aumenta e alla fine innesca un collasso, ovvero la fuoriuscita di materia dagli strati più esterni della stella. Di conseguenza, si crea un corpo celeste molto compatto e di grandi dimensioni. Per allontanarsi da questo corpo è necessario superare la velocità della luce. Poiché questo è impossibile, niente può lasciare un buco nero, né un atomo né un fotone.

Un buco nero non ha superficie nella comune concezione del termine. Ha, però, una sorta di confine, chiamato orizzonte degli eventi, al di là del quale non penetra alcuna radiazione. Tutto ciò che finisce nell’orizzonte degli eventi, finisce nel buco nero.

I buchi neri sono corpi celesti ipotetici perché non è possibile osservarli in maniera diretta. Tuttavia, anche i dati astrofisici indiretti sono sufficienti per non dubitare della loro esistenza. Di per sé i buchi neri non emettono alcune radiazioni, ma innescano attorno a sé determinati processi che si manifestano a diverse lunghezze d’onda.

Peculiare è ciò che accade nella gamma dei raggi X. Questa tipologia di radiazione è prodotta dagli elettroni che nei pressi del buco nero raggiungono velocità prossime a quella della luce. Il fenomeno è detto sincrotrone perché viene riprodotto artificialmente sulla Terra negli acceleratori sincrotroni. La raccolta di dati relativi ai nuclei galattici attivi è una delle missioni dell’osservatorio spaziale lanciato a luglio di quest’anno, Spektr-RG.

Al momento gli scienziati hanno nelle loro mani un nuovo strumento per l’osservazione dei buchi neri, ovvero l’osservatorio di onde gravitazionali LIGO. Nel 2015 registrò le onde gravitazionali generate dalla fusione di un paio di buchi neri. Al momento non è in grado di determinare la posizione esatta della sorgente nello spazio, ma dopo l’ammodernamento si prevede un progresso in tal senso.

Grandi speranze gli scienziati le ripongono nei radiointerferometri in grado di rilevare l’ombra di un buco nero sullo sfondo della radiazione emessa da corpi più luminosi. L’ombra del buco nero è più o meno come è stata realizzata nel film Interstellar, girato grazie alla consulenza del premio Nobel Kip Thorne.

L’ombra di un buco nero più precisa può essere osservata nella gamma delle onde millimetriche (EHF). Questo è uno dei compiti dell’osservatorio spaziale Millimetron, messo a punto da scienziati russi.

Il campione dei buchi neri

Gli scienziati vedono o buchi neri “leggeri” (di decine e centinaia di volte la massa del Sole) o supermassicci (di milioni e persino miliardi di volte il Sole). Le variabili intermedie non vengono osservate sebbene nei modelli astrofisici vengano attivamente impiegate.

Al momento il buco nero più massiccio è quello nel nucleo galattico M87 nella costellazione della Vergine. È circa 4 miliardi di volte più pesante del Sole.

Ma il record è stato battuto. Scienziati tedeschi guidati da Kianusch Mehrgan, impiegando i risultati delle osservazioni del telescopio VLT alle Hawaii, hanno analizzato nel dettaglio i dati relativi alla luminosità del centro dell’enorme galassia ellittica Holmberg 15A sita nell’ammasso galattico Abel 85, visibile nella costellazione della Balena.

Gli scienziati sono rimasti sorpresi dal fatto che il nucleo di Holmberg 15A fosse più grande di altri nuclei galattici attivi (sebbene quello fosse il corpo celeste più luminoso dell’ammasso galattico). Hanno provato a spiegare questo fenomeno tramite simulazioni e sono giunti alla conclusione che lì si trovi un buco nero di 40 miliardi di volte la massa del Sole.

Una questione diversa è legata, invece, all’esistenza di corpi simili. Se si formano grazie all’ingresso di una sostanza nella galassia, la massa ci mette molto tempo ad accumularsi. E i quasar? Questi corpi celesti nei quali nuclei si trovano buchi neri supermassicci si sono allontanati moltissimo da noi. Ciò vuol dire che sono nati all’inizio della vita dell’Universo. Dunque, allora si verificarono taluni processi che concentrarono l’energia in modo da formare buchi neri supermassicci.

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