Buchi neri come fontane

Impressione artistica del movimento del gas attorno al buco nero supermassiccio nel centro della galassia del Compasso. I tre componenti gassosi formano la struttura a “ciambella” a lungo teorizzata: (1) un disco di gas molecolare freddo, denso e stabile, (2) gas atomico caldo in uscita e (3) gas che ritorna al disco. Crediti: Naoj

Grazie al confronto tra simulazioni e osservazioni effettuate con Alma, un gruppo di ricercatori ha scoperto che la struttura a ciambella che circonda i buchi neri supermassicci non è rigida bensì è costituita da tre componenti gassose, due delle quali in rapido movimento come l’acqua in una fontana. Tutti i dettagli su ApJ.

Basandosi sui risultati di simulazioni al computer e sulle nuove osservazioni dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), i ricercatori hanno scoperto che gli anelli di gas che circondano i buchi neri supermassicci non sono semplici strutture a forma di donut (le zuccherose e coloratissime ciambelline che si trovano in pasticceria). In realtà, sembra che il gas espulso dal centro di questi voracissimi mostri interagisca con i gas in caduta e crei una struttura all’interno della quale persiste una circolazione dinamica, simile a quella che si verifica nelle fontane d’acqua presenti nei parchi cittadini.

La maggior parte delle galassie ospitano un buco nero supermassiccio nel loro centro, milioni o miliardi di volte più pesante del Sole. Alcuni di questi buchi neri inghiottiscono il materiale piuttosto attivamente. Ma gli astronomi hanno sempre creduto che invece di cadere direttamente nel buco nero, la materia si accumulasse attorno al buco nero formando una struttura toroidale, proprio come un donut.

Takuma Izumi, ricercatore presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (Naoj), ha guidato un team di astronomi che ha utilizzato Alma per osservare il buco nero supermassiccio nella Galassia del Compasso, situata a circa 14 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, nella direzione della costellazione del Compasso (Circinus). Si tratta di una galassia a spirale incredibilmente luminosa, anche se fortemente oscurata dalle polveri galattiche visto che si trova a pochissimi gradi dall’equatore. Il team ha poi confrontato le proprie osservazioni con i risultati di una simulazione del gas in caduta verso un buco nero, realizzata con il supercomputer ArayU Cray XC30 gestito dal Naoj. Questo confronto ha rivelato che la presunta “ciambella” non è in realtà una struttura rigida, bensì una raccolta di componenti gassosi molto dinamici. Innanzitutto, il gas molecolare freddo che cade verso il buco nero, forma un disco vicino al piano di rotazione. Mentre si avvicina al buco nero, questo gas viene riscaldato fino a quando le molecole si scindono negli atomi e negli ioni che le costituiscono. Alcuni di questi atomi vengono quindi espulsi sopra e sotto il disco, anziché essere assorbiti dal buco nero. Questo caldo gas atomico ricade sul disco creando una struttura tridimensionale turbolenta. Queste tre componenti circolano continuamente, in maniera simile a ciò che succede all’acqua in una fontana di un parco cittadino.

Sezione trasversale del gas attorno a un buco nero supermassiccio simulato con il supercomputer ATERUI di NAOJ. I diversi colori rappresentano la densità del gas e le frecce mostrano il movimento del gas. L’immagine mostra chiaramente i tre componenti gassosi che formano la struttura a “ciambella”. Crediti: Wada et al.

«I precedenti modelli teorici assumevano a priori l’ipotesi che queste strutture a ciambella fossero rigide», spiega Keiichi Wada, teorico dell’Università Kagoshima in Giappone, che coordina l’attività di simulazione ed è membro del gruppo di ricerca. «Piuttosto che partire da assunzioni, la nostra simulazione è partita dalle equazioni fisiche e ha dimostrato per la prima volta che la circolazione del gas forma in modo naturale una ciambella. Inoltre, la nostra simulazione può anche spiegare varie caratteristiche osservative del sistema».

«Indagando con Alma il movimento e la distribuzione sia del gas molecolare freddo che del gas atomico caldo, abbiamo dimostrato l’origine della cosiddetta struttura a “ciambella” intorno ai buchi neri attivi», conclude Izumi. «Sulla base di questa scoperta, sarà necessario riscrivere i libri di testo di astronomia».

Maura Sandri

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Buchi neri come fontane ultima modifica: 2018-12-04T17:47:12+00:00 da Richard
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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)