Un ‘flash’ di radiazione come segnale caratteristico del merging di due buchi neri

Il Giornale Online
[link=http://astronomicamens.wordpress.com/]di Corrado Ruscica[/link]

Secondo la teoria della relatività generale, quando due corpi celesti dotati di massa interagiscono, ad esempio due stelle o due buchi neri, si ha la produzione di onde gravitazionali, cioè distorsioni nel tessuto dello spaziotempo, che si propagano nel vuoto alla velocità della luce (vedasi questo post). Nonostante gli astronomi abbiano trovato alcune evidenze indirette di questo fenomeno, rivelare le onde gravitazionali rimane un processo alquanto complesso. Gli osservatori terrestri che sono stati realizzati a questo scopo stanno oggi convergendo verso l’acquisizione di sensibilità sempre maggiori e qualche scienziato è convinto che la possibilità di ‘catturare’ le onde gravitazionali è solo una questione di pochi anni.

Una caratteristica delle onde gravitazionali è che oscillano così lentamente che diventa assai difficile rivelarle con gli osservatori terrestri. Gli scienziati hanno bisogno di strumenti posti in orbita nello spazio, come il progetto denominato Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Prima, però, che sia realizzato un progetto di questo tipo, un gruppo di astrofisici della NASA sta tentando di guardare oltre. I ricercatori stanno, di fatto, realizzando una serie di simulazioni numeriche per descrivere la collisione di due buchi neri supermassicci al fine di capire che tipo di flash o lampo luminoso potrà essere osservato dai telescopi associato a tale evento. “I buchi neri orbitano l’uno attorno all’altro e man mano perdono energia orbitale. Questo processo causa emissione di onde gravitazionali e come conseguenza di ciò le orbite si restringono. Con il passare del tempo, alla fine i buchi neri andranno in collisione” spiega John Baker. In prossimità di questi processi titanici, lo spaziotempo viene continuamente deformato e ciò causa la formazione di onde gravitazionali che si propagano nell’Universo, analogamente alle onde che si formano e si propagano sulla superficie di uno stagno quando viene lanciato un sasso. Se da un lato le onde gravitazionali forniscono delle informazioni sulla natura dei corpi celesti che le hanno generate, dall’altro non ci permettono di determinare la posizione esatta della sorgente.

Quindi, per studiare l’evento che porta alla collisione (merging) di due buchi neri, gli astronomi hanno bisogno di registrare un segnale caratteristico, un flash di luce appunto, che può essere rivelato sottoforma di onde radio fino ai raggi-X. Questo evento permette ai telescopi di localizzare la galassia ospite in cui avviene il fenomeno del merging. Dal 2010, vari studi hanno suggerito che durante la collisione di due buchi neri si ha un burst di radiazione ma nessuno sapeva se l’emissione di questa intensa luce concentrata in un brevissimo intervallo di tempo avvenisse effettivamente e fosse abbastanza potente da essere rivelata dai nostri telescopi. Per esplorare il problema in dettaglio, un gruppo di ricercatori guidati da Bruno Giacomazzo dell’Università del Colorado a Boulder hanno sviluppato alcuni programmi di simulazioni numeriche per vedere ciò che accade al plasma durante gli stadi finali del processo di merging.

“Abbiamo considerato due casi in cui nel gas del disco di accrescimento sia presente o meno un forte campo magnetico. Nel primo caso, applicando le equazioni della magnetoidrodinamica per simulare le complesse interazioni elettriche e magnetiche soggette al campo gravitazionale descritto dalle equazioni della relatività generale, la parte interessante è che durante le ultime tre orbite, prima del merging, il campo magnetico iniziale del disco di accrescimento aumenta di un fattore 100 e il buco nero che viene fuso rimane circondato da un disco di accrescimento più sottile, più denso e più caldo, rispetto al caso in cui non c’è campo magnetico nel gas del disco” spiega Giacomazzo. Ma la cosa più importante che avviene durante il processo, sempre nel caso in cui esista il campo magnetico nel gas del disco, è la formazione di una struttura a forma di tunnel che si estende nelle regioni più esterne del disco di accrescimento in prossimità del buco nero che si è ormai fuso. “Questa è esattamente la struttura a forma di getto che si osserva nei nuclei galattici attivi” afferma Giacomazzo. L’aspetto più importante che emerge dallo studio è la luminosità del flash. I ricercatori trovano che nel caso in cui esista il campo magnetico nel gas del disco, l’emissione di radiazione è circa 10 mila volte più potente rispetto a quella prevista da studi precedenti che non considerano gli effetti del plasma nei dischi di accrescimento. Naturalmente, per essere certi della collisione di due buchi neri avremo bisogno della formazione di onde gravitazionali e se poi saremo in grado di interpretare bene quei segnali caratteristici del processo di merging, come ad esempio il flash luminoso, allora potremo forse studiare qualche evento ancora prima che siano realizzati opportuni rivelatori spaziali di onde gravitazionali.

Documento scientifico: http://arxiv.org/pdf/1203.6108v2.pdf

Fonte: http://astronomicamens.wordpress.com/2012/10/04/un-flash-di-radiazione-come-segnale-caratteristico-del-merging-di-due-buchi-neri/
Vedi: http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.6842.10

Un ‘flash’ di radiazione come segnale caratteristico del merging di due buchi neri ultima modifica: 2012-10-04T09:32:55+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)