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Gli astronomi hanno individuato i raggi X da dietro un buco nero supermassiccio
NASA/JPL-Caltech
Quando il gas cade in un buco nero, rilascia un'enorme quantità di energia ed emette radiazioni elettromagnetiche in tutte le direzioni, rendendo questi oggetti tra i più luminosi dell'universo conosciuto. Ma gli scienziati sono stati in grado di vedere la luce e altre radiazioni da un buco nero supermassiccio solo quando brilla direttamente verso i nostri telescopi: qualsiasi cosa da dietro è sempre stata oscurata.
Finora. Un nuovo studio pubblicato su Natura dimostra il primo rilevamento di radiazioni provenienti da dietro un buco nero, piegato a causa della deformazione dello spaziotempo attorno all'oggetto. È un'altra prova della teoria della relatività generale di Einstein.
'Questo è un risultato davvero entusiasmante', afferma Edward Cackett, un astronomo della Wayne State University che non è stato coinvolto nello studio. 'Sebbene abbiamo già visto la firma degli echi dei raggi X, fino ad ora non è stato possibile separare l'eco che proviene da dietro il buco nero e viene piegato nella nostra linea di vista. Consentirà una migliore mappatura di come le cose cadono nei buchi neri e di come i buchi neri piegano lo spazio-tempo che li circonda.'
Il rilascio di energia da parte dei buchi neri, a volte sotto forma di raggi X, è un processo assurdamente estremo. E poiché i buchi neri supermassicci rilasciano così tanta energia, sono essenzialmente centrali elettriche che consentono alle galassie di crescere intorno a loro. Se vuoi capire come si formano le galassie, devi davvero capire questi processi al di fuori del buco nero che sono in grado di rilasciare queste enormi quantità di energia e potenza, queste sorgenti di luce straordinariamente brillante che stiamo studiando, afferma Dan Wilkins, un astrofisico presso la Stanford University e l'autore principale dello studio.
Lo studio si concentra su un buco nero supermassiccio al centro di una galassia chiamata I Zwicky 1 (in breve I Zw 1), a circa 100 milioni di anni luce dalla Terra. Nei buchi neri supermassicci come quelli di I Zw 1, grandi quantità di gas cadono verso il centro (l'orizzonte degli eventi, che è fondamentalmente il punto di non ritorno) e tendono ad appiattirsi in un disco. Sopra il buco nero, una confluenza di particelle sovralimentate e attività del campo magnetico provoca la produzione di raggi X ad alta energia.
Alcuni di questi raggi X brillano direttamente verso di noi e possiamo osservarli normalmente, usando i telescopi. Ma alcuni di essi risplendono anche verso il disco piatto di gas e si rifletteranno su di esso. La rotazione del buco nero I Zw 1 sta rallentando a una velocità maggiore rispetto a quella osservata nella maggior parte dei buchi neri supermassicci, il che fa sì che il gas e la polvere circostanti cadano più facilmente e alimentano il buco nero da più direzioni. Questo, a sua volta, porta a maggiori emissioni di raggi X, motivo per cui Wilkins e il suo team erano particolarmente interessati.
Mentre Wilkins e il suo team stavano osservando questo buco nero, hanno notato che la corona sembrava lampeggiare. Questi lampi, causati da impulsi di raggi X che si riflettono sull'enorme disco di gas, provenivano da dietro l'ombra del buco nero, un luogo normalmente nascosto alla vista. Ma poiché il buco nero piega lo spazio circostante, anche i riflessi dei raggi X sono piegati attorno ad esso, il che significa che possiamo individuarli.
I segnali sono stati trovati utilizzando due diversi telescopi spaziali ottimizzati per rilevare i raggi X nello spazio: NuSTAR, gestito dalla NASA, e XMM-Newton, gestito dall'Agenzia spaziale europea.
La più grande implicazione delle nuove scoperte è che confermano ciò che Albert Einstein aveva previsto come parte della sua teoria della relatività generale: il modo in cui la luce dovrebbe piegarsi attorno a oggetti giganteschi come i buchi neri supermassicci.
È la prima volta che vediamo davvero la firma diretta del modo in cui la luce si piega dietro il buco nero nella nostra linea di vista, perché del modo in cui il buco nero deforma lo spazio su se stesso, dice Wilkins.
'Anche se questa osservazione non cambia il nostro quadro generale dell'accrescimento di buchi neri, è una buona conferma che la relatività generale è in gioco in questi sistemi', afferma Erin Kara, un'astrofisica del MIT che non è stata coinvolta nello studio.
Nonostante il nome, i buchi neri supermassicci sono così lontani che sembrano davvero dei singoli punti luce, anche con strumenti all'avanguardia. Non sarà possibile scattare immagini di tutti loro nel modo in cui gli scienziati hanno utilizzato l'Event Horizon Telescope per catturarli l'ombra di un supermassiccio bla fai un buco Galassia M87.
Quindi, sebbene sia presto, Wilkins e il suo team sperano che rilevare e studiare più di questi echi di raggi X da dietro la curva possa aiutarci a creare immagini parziali o addirittura complete di buchi neri supermassicci distanti. A sua volta, ciò potrebbe aiutarli a svelare alcuni grandi misteri su come crescono i buchi neri supermassicci, sostengono intere galassie e creano ambienti in cui le leggi della fisica sono spinte al limite.
Correzione 03/08/21: La versione iniziale di questa storia affermava erroneamente che Einstein fece la sua predizione nel 1963. Ci scusiamo per l'errore.