I BUCHI NERI

I buchi neri 

Non lasciatevi ingannare dal nome: un buco nero è tutt'altro che spazio vuoto. Piuttosto, è una grande quantità di materia racchiusa in un'area molto piccola: pensate a una stella dieci volte più massiccia del Sole schiacciata in una sfera approssimativamente del diametro di New York City. Il risultato è un campo gravitazionale così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Negli ultimi anni, gli strumenti della NASA hanno dipinto una nuova immagine di questi strani oggetti che sono, per molti, gli oggetti più affascinanti nello spazio. Sono stati captati dallo spazio profondo intensi bagliori radiografici che si pensa siano causati da un buco nero che divora una stella. Divertitevi ad osservare il video 
L'idea di un oggetto nello spazio così massiccio e denso che la luce non poteva sfuggire è un concetto di cui si discute da secoli. In particolare, i buchi neri sono stati previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein, secondo la quale quando una stella massiccia muore, lascia dietro di sé un piccolo nucleo denso. Se la massa del nucleo è più di circa tre volte la massa del Sole, le equazioni hanno mostrato, la forza di gravità travolge tutte le altre forze e produce un buco nero.

Un evento non osservabile

Gli scienziati non possono osservare direttamente i buchi neri con i telescopi che rilevano i raggi X, la luce o altre forme di radiazione elettromagnetica. Tuttavia, possiamo dedurre la presenza di buchi neri e studiarli rilevandone l'effetto su altra materia nelle vicinanze. Se un buco nero attraversa una nuvola di materia interstellare, per esempio, attirerà la materia verso l'interno in un processo noto come accrescimento. Un processo simile può verificarsi se una stella normale passa vicino a un buco nero. In questo caso, il buco nero può lacerare la stella mentre la tira verso se stessa. Mentre la materia attratta accelera e si riscalda, emette raggi X che si irradiano nello spazio. Recenti scoperte ci portano a pensare che i buchi neri abbiano un'influenza drammatica su ciò che li circonda - emettendo potenti lampi di raggi gamma, divorando le stelle vicine e stimolando la crescita di nuove stelle in alcune aree mentre bloccandola in altre.
 

La fine di una stella è l'inizio di un buco nero

La maggior parte dei buchi neri si forma dai resti di una grande stella che muore in un'esplosione di supernova. (Le stelle più piccole diventano stelle di neutroni dense, che non sono abbastanza grandi per intrappolare la luce.) Se la massa totale della stella è abbastanza grande (circa tre volte la massa del Sole), si può dimostrare teoricamente che nessuna forza può trattenere la stella dal collasso sotto l'influenza della gravità. Tuttavia, quando la stella collassa, accade una cosa strana. Quando la superficie della stella si avvicina a una superficie immaginaria chiamata "orizzonte degli eventi", il tempo sulla stella rallenta rispetto al tempo tenuto dagli osservatori lontani. Quando la superficie raggiunge l'orizzonte degli eventi, il tempo si ferma e la stella non può più collassare: è un oggetto collassato congelato.
Getti del buco nero. Gli astronomi hanno identificato un candidato per il buco nero più piccolo conosciuto. osserva il video qui sotto.
Anche i buchi neri più grandi possono derivare da collisioni stellari. Poco dopo il suo lancio nel dicembre 2004, il telescopio Swift della NASA osservò i potenti e fugaci lampi di luce noti come lampi di raggi gamma. Chandra e il telescopio spaziale Hubble della NASA in seguito hanno raccolto dati dal "bagliore" dell'evento e insieme le osservazioni hanno portato gli astronomi a concludere che le potenti esplosioni possono verificarsi quando un buco nero e una stella di neutroni si scontrano, producendo un altro buco nero.

Neonati e giganti

Sebbene il processo di formazione di base sia compreso, un mistero perenne nella scienza dei buchi neri è che sembrano esistere su due scale di dimensioni radicalmente diverse. Da un lato, ci sono gli innumerevoli buchi neri che sono i resti di enormi stelle. Situati in tutto l'Universo, questi buchi neri di "massa stellare" sono generalmente da 10 a 24 volte più massicci del Sole. Gli astronomi li individuano quando un'altra stella si avvicina abbastanza da permettere a parte della materia che la circonda di essere intrappolata dalla gravità del buco nero, sfornando i raggi X nel processo. La maggior parte dei buchi neri stellari, tuttavia, conducono vite isolate e sono impossibili da rilevare. A giudicare dal numero di stelle abbastanza grandi da produrre tali buchi neri, tuttavia, gli scienziati stimano che ci siano da dieci milioni a un miliardo di tali buchi neri nella sola Via Lattea.
All'altra estremità dello spettro dimensionale ci sono i giganti noti come buchi neri "supermassicci", che sono milioni, se non miliardi, di volte massicci come il Sole. Gli astronomi credono che i buchi neri supermassicci si trovino al centro di praticamente tutte le grandi galassie, persino la nostra Via Lattea. Gli astronomi possono rilevarli osservando i loro effetti su stelle e gas vicini.
Storicamente, gli astronomi hanno a lungo creduto che non esistessero buchi neri di medie dimensioni. Tuttavia, recenti prove di Chandra, XMM-Newton e Hubble rafforzano il fatto che esistano buchi neri di medie dimensioni. Un possibile meccanismo per la formazione di buchi neri supermassicci.
Quasi tutte le galassie osservate contengono un buco nero supermassiccio nel loro centro. Anche la nostra, la Via Lattea, custodisce al suo interno Sagittarius A, un buco nero 4,3 milioni di volte più grande del Sole. Questi enormi oggetti sembrano vivere ed evolvere in stretta relazione tra loro delle forze o " venti"  generati dalla loro attività gravitazionale, che vengono espulsi verso l'esterno.
Ma quando sono nati i venti galattici nell'universo? Questa domanda ci aiuta a comprendere meglio come si sono co-evolute le galassie e i buchi neri supermassicci. Gli astronomi hanno effettuato recenti simulazioni al computer ad alta precisione che hanno previsto come le relazioni coevolutive erano in atto anche a circa 13 miliardi di anni fa e sperano di chiarire se questa crescita primordiale sia un'immagine accurata dell'universo in quel momento. Per la prima volta sono stati identificati raggi gamma prodotti nei poderosi venti di gas e particelle emessi dai buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie.Anche se questi venti sono difficili da rilevare, si pensa che giochino un ruolo significativo nel modo in cui un buco nero massiccio e la galassia ospite stessa interagiscono e accrescono". Le osservazioni dei raggi gamma associati da queste espulsioni mostrano come i buchi neri supermassicci possono trasferire una grande quantità di energia alla loro galassia ospite. Questi venti, chiamati UFO ('Ultra Fast Outflows', o 'espulsioni ultra veloci'), si comportano come un pistone e accelerano in modo molto efficiente le particelle cariche, note come raggi cosmici, fino a quasi alla velocità della luce”.
 

I misteri dei buchi neri e la produzione di metalli pesanti 

Un recente ssta tentando di dimostrare che la produzione di metalli pesanti potrebbe avvenire anche nei dischi vorticosi intorno ai buchi neri appena nati. Ora sappiamo che per creare metalli pesanti come l'oro e l'argento, il torio e l'uranio, c'è bisogno di molta energia.  Nell' Universo, la formazione di questi elementi avviene infatti come coseguenza  della esplosione di supernove o collisione tra stelle di neutroni.
Ma è proprio così oppure la produzione di metalli pesanti potrebbe avvenire anche nei dischi vorticosi intorno ai buchi neri appena nati? Ci sarebbe sufficiente energia per la loroproduzione? Nello studio, sono stati analizzati in modo sistematico e per la prima volta i tassi di conversione di neutroni e protoni per un gran numero di configurazioni di dischi. Attraverso elaborate simulazioni al computer, l'astrofisico Oliver Just del GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research in Germania sostiene di aver scoperto che i dischi sono molto ricchi di neutroni almeno finchè si mantengono determinate condizioni. Si pensa infatti che il piccolo buco nero neonato sia circondato da un anello di materiale denso e caldo, che ruota vertiginosamente intorno e si nutre di esso, proprio come si composrta l'acqua in uno scarico. In questi ambienti, i neutrini vengono emessi in abbondanza e gli astronomi ipotizzano che danno luogo alla nucleosintesi.
Un modo per averne la certezza può essere quello di affidarsi alla prossima generazione di acceleratori, come il Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), con i quali sarà possibile misurarli con una precisione senza precedenti. L'interazione ben coordinata di modelli teorici, esperimenti e osservazioni astronomiche consentirà ai ricercatori nei prossimi anni di testare le fusioni di stelle di neutroni come origine degli elementi.

Un buco nero oltre la via Lattea.. una scoperta miliare 

Gli astronomi individuano un piccolo buco nero oltre la Via Lattea e sperano che sia il primo di molti. Trovare un buco nero non è semplice, ed è ancora più difficile quanto più distante è un tale colosso. Poiché i buchi neri assorbono tutti i tipi di luce, i telescopi in genere non possono vederli direttamente. Ma qualsiasi buco nero lascerà impronte digitali: ad esempio, la sua gravità influenzerà i movimenti degli oggetti intorno ad esso - e quegli oggetti, i telescopi possono studiare. Ora, inseguendo uno di questi indizi, gli astronomi hanno trovato un buco nero in un ammasso appena fuori dalla Via Lattea, rendendolo il primo buco nero mai individuato oltre la nostra galassia con questa tecnica. Gli astronomi hanno fatto la scoperta utilizzando il Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo meridionale, arroccato in cima a una montagna desertica nel nord del Cile. I ricercatori hanno rivolto gli occhi del VLT su NGC 1850, un ammasso incastonato nella vicina Grande Nube di Magellano a circa 160.000 anni luce dalla Terra. Qui, gli scienziati potrebbero guardare migliaia di stelle in una volta sola. Simile a Sherlock Holmes che rintraccia una banda criminale dai loro passi falsi, stiamo guardando ogni singola stella in questo ammasso con una lente d'ingrandimento in una mano, cercando di trovare qualche prova per la presenza di buchi neri ma senza vederli direttamente. I ricercatori hanno osservato i movimenti delle stelle per trovare eventuali segni di un buco nero spettrale. La pistola fumante, per così dire, era un'umile stella circa cinque volte la massa del sole. Gli astronomi hanno trovato sottili puntini nei movimenti di quella stella: il segno rivelatore del buco nero che la stella stava orbitando. Il colpevole? Un buco nero con circa 11 volte la massa del sole. La sua casa, un ammasso stellare chiamato NGC 1850, ha solo circa 100 milioni di anni, praticamente un neonato su scala cosmica. Nessun buco nero, dicono gli astronomi, è mai stato scoperto in un ammasso così giovane.

 

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