Un guizzo dal buio


Simulazione di gas incandescente intorno a un buco nero.

L’apparenza può ingannare. La luce di una lampadina a incandescenza sembra fissa, ma sfarfalla 120 volte al secondo. Poiché il cervello percepisce solo una media delle informazioni che riceve, questo sfarfallio è sfocato e la percezione di un’illuminazione costante è una mera illusione.

Mentre la luce non può sfuggire a un buco nero, il bagliore luminoso del gas in rapida orbita ha un proprio sfarfallio.

In un recente lavoro, pubblicato su Astrophysical Journal Letters, Lena Murchikova, William D. Loughlin Member presso l’Institute for Advanced Study, Chris White dell’Università di Princeton e Sean Ressler dell’Università della California Santa Barbara sono stati in grado di utilizzare questo sottile sfarfallio per costruire il modello più accurato finora realizzato del buco nero centrale della nostra galassia, Sagittarius A (Sgr A), fornendo indicazioni su proprietà quali la sua struttura e il suo moto.

Per la prima volta, i ricercatori hanno mostrato in un unico modello la storia completa di come il gas viaggia nel centro della Via Lattea, dall’essere soffiato via dalle stelle fino a cadere nel buco nero. Leggendo tra le proverbiali righe (o luce intermittente), il team ha concluso che l’immagine più probabile dell’alimentazione del buco nero nel centro galattico prevede l’inflazione diretta di gas da grandi distanze, piuttosto che un lento travasamento di materiale orbitante in un lungo periodo di tempo.

“I buchi neri sono i custodi dei loro stessi segreti“, ha dichiarato Murchikova. “Per comprendere meglio questi oggetti misteriosi, dipendiamo dall’osservazione diretta e dalla modellazione ad alta risoluzione“.

Sebbene l’esistenza dei buchi neri sia stata prevista circa 100 anni fa da Karl Schwarzschild, sulla base della nuova teoria della gravità di Albert Einstein, i ricercatori stanno iniziando solo ora a sondarli attraverso le osservazioni.

Nell’ottobre 2021, Murchikova ha pubblicato un articolo su Astrophysical Journal Letters, introducendo un metodo per studiare il tremolio dei buchi neri su una scala temporale di pochi secondi, invece che di pochi minuti. Questo progresso ha permesso una quantificazione più accurata delle proprietà di Sgr A sulla base del suo sfarfallio.

White ha lavorato sui dettagli di ciò che accade al gas in prossimità dei buchi neri (dove i forti effetti della relatività generale sono importanti) e su come questo influisce sulla luce che ci arriva.

Una pubblicazione dell’Astrophysical Journal dell’inizio di quest’anno riassume alcune delle sue scoperte.

Ressler ha trascorso anni nel tentativo di costruire le simulazioni più realistiche finora realizzate del gas intorno a Sgr A. Lo ha fatto incorporando le osservazioni delle stelle vicine direttamente nelle simulazioni e seguendo meticolosamente il materiale che queste rilasciano mentre cade nel buco nero. Il suo recente lavoro è culminato in un articolo dell’Astrophysical Journal Letters nel 2020.

Murchikova, White e Ressler hanno poi collaborato per confrontare il modello di sfarfallio osservato di Sgr A con quello previsto dai rispettivi modelli numerici.

Il risultato si è rivelato molto interessante“, ha spiegato Murchikova. “Per molto tempo abbiamo pensato che si potesse in gran parte ignorare la provenienza del gas intorno al buco nero. I modelli tipici immaginano un anello artificiale di gas, a forma di ciambella, a grande distanza dal buco nero. Abbiamo scoperto che questi modelli producono schemi di sfarfallio incoerenti con le osservazioni“.

Il modello del vento stellare di Ressler adotta un approccio più realistico: il gas consumato dai buchi neri viene originariamente sparso dalle stelle vicino al centro galattico. Quando questo gas cade nel buco nero, riproduce il corretto modello di sfarfallio. “Il modello non è stato costruito con l’intento di spiegare questo particolare fenomeno. Il successo non era affatto garantito“, ha commentato Ressler. “È stato quindi molto incoraggiante vedere il modello avere un successo così eclatante dopo anni di lavoro“.

Quando studiamo il flickering, possiamo vedere i cambiamenti nella quantità di luce emessa dal buco nero secondo per secondo, effettuando migliaia di misurazioni nel corso di una singola notte“, ha spiegato White. “Tuttavia, questo non ci dice come il gas è disposto nello spazio, come farebbe un’immagine su larga scala. Combinando questi due tipi di osservazioni, è possibile attenuare i limiti di ciascuna, ottenendo così un’immagine più autentica“.

Fonte