MA GLI SCIENZIATI RIESCONO A VEDERE I BUCHI NERI?

Dopo decenni di sforzi, gli scienziati sono finalmente riusciti a vedere i buchi neri o no? 
 
Mentre lavorava al suo dottorato in fisica teorica nei primi anni '70, Saul Teukolsky risolse un problema che sembrava puramente ipotetico. Immaginiamo un buco nero, il nodo di gravità spettrale che si forma quando, diciamo, una stella massiccia si brucia e collassa in un punto infinitesimale. Supponiamo di toccarlo come se stessimo suonando una campana. Come risponderebbe il buco nero?
 
Teukolsky, allora studente laureato presso il California Institute of Technology (Caltech), ha affrontato il problema seguendo i dettami della teoria sulla  gravità di Albert Einstein: la relatività generale. Come una campana, il buco nero oscillerebbe a una frequenza principale ( il rintocco) e attraverso successive onde sfumate  (le vibrazioni sonore). Le oscillazioni sarebbero svanite rapidamente non appena il buco nero avesse irradiato onde gravitazionali ovvero increspature nel tessuto dello spazio stesso. Era un bel problema completamente astratto, fino a 5 anni fa. Nel febbraio 2016, gli sperimentatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), una coppia di enormi strumenti in Louisiana e Washington, hanno riportato la prima osservazione di fugaci increspature gravitazionali, emanate da due buchi neri. Ognuno circa 30 volte più massicci come il Sole, che si muovono a spirale l'uno nell'altro a 1,3 miliardi di anni luce di distanza. LIGO ha anche percepito il "ring down": il brivido del buco nero più grande prodotto dalla fusione. La vecchia tesi di Teukolsky era improvvisamente una fisica all'avanguardia.
 

Studiare i biuchi neri per capire l'evoluzione dell'universo 

 
Per quanto possa sembrare fantastico, gli scienziati possono ora studiare i buchi neri come oggetti reali. I rilevatori di onde gravitazionali hanno individuato quattro dozzine di fusioni di buchi neri dal rilevamento rivoluzionario di LIGO. Nell'aprile 2019, una collaborazione internazionale chiamata Event Horizon Telescope (EHT) ha prodotto la prima immagine di un buco nero. Settando efficacemente radiotelescopi in tutto il mondo sul buco nero supermassiccio nel cuore della vicina galassia Messier 87 (M87), EHT ha ripreso un anello ardente di gas caldo che circonda l '"ombra" color inchiostro del buco nero. Nel frattempo, gli astronomi stanno seguendo le stelle che si avvicinano al buco nero al centro della nostra galassia, seguendo percorsi che potrebbero contenere indizi sulla natura del buco nero stesso.
 
I buchi neri supermassicci che risiedono al centro delle galassie si evolvono insieme a queste galassie. Le esplosioni di energia dall'ambiente che circonda questi buchi neri possono innescare la formazione stellare disturbando nuvole di gas fredde e neutre che collassano gravitazionalmente per formare stelle. Oppure per fermare la formazione stellare se iniettano troppa energia in queste nuvole, facendole evaporare. Pertanto, per capire come si evolvono le galassie e cosa innesca o arresta la formazione stellare, capire come si evolvono i buchi neri è fondamentale.
Tuttavia, indipendentemente dal loro ruolo nell'evoluzione della galassia, i buchi neri supermassicci sono alcuni degli oggetti più misteriosi che troviamo in natura. Non è ancora chiaro come si formino. I buchi neri di massa stellare (come Cygnus X-1) potrebbero essere stati prodotti dal collasso di stelle o da fusioni di altri oggetti densi come le stelle di neutroni.
Si ipotizza che i buchi neri supermassicci, che di solito sono da un milione a un miliardo di volte la massa del sole, si sono dovuti formare subito dopo il Big Bang. Lo sfondo delle microonde cosmiche mostra che dopo il Big Bang, la materia era distribuita quasi uniformemente in tutto l'Universo, con perturbazioni molto piccole. Nel tempo, le piccole perturbazioni si sono sviluppate in superammassi di galassie (dove c'era un'eccessiva densità di materia) o supervoidi (dove c'erano sotto-densità).
 

Cosa sappiamo esattamente sulle origini dell'espansione dei buchi neri?

 
Al centro di ogni galassia massiccia, troviamo buchi neri supermassicci, quindi i semi di questi buchi neri devono essersi formati quando la materia ha iniziato a collassare per la prima volta a causa di queste perturbazioni, ma il processo esatto che ha causato la loro formazione non è ancora chiaro.  doppiamo quindi comprendere meglio come si sono formati questi oggetti e in quali condizioni hanno accumulato la maggior parte della materia per diventare così massicci. Probabilmente la prossima missione James Webb Space Telescope, osserva l'Universo nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso, ci darà molte più informazioni. Il motivo per cui abbiamo bisogno di un telescopio a infrarossi per vedere più indietro nell'Universo è dovuto all'effetto Doppler (in parole semplici, più velocemente un oggetto si allontana da noi, più rossa appare la luce emessa rispetto alla sua controparte stazionaria). Mentre l'Universo si sta espandendo a causa dell'energia oscura. Le galassie si stanno allontanando sempre più da noi. Più una galassia si allontana da noi, più  difficoltà avremo ad osservarla, per questo motivo nelle galassie più lontane i buchi neri supermassicci, anche tutta la radiazione ultravioletta viene spostata alle lunghezze d'onda dell'infrarosso.
 
I buchi neri avvolti da gas e polvere sono in abbondanza nell'Universo locale, ma sono difficili da vedere nella maggior parte delle lunghezze d'onda (come la luce visibile e l'ultravioletto) perché queste lunghezze d'onda sono bloccate dall'assorbimento dalle nuvole circostanti. Nell'ultimo decennio e mezzo sono stati lanciati due osservatori a raggi X in orbita: Swift-BAT e NuSTAR. I raggi X sono in grado di passare attraverso queste nuvole pesanti, dandoci finalmente uno sguardo nell'ambiente che circonda questi buchi neri nascosti. Questi nuovi dati ci consentono di dipingere un quadro completo della crescita dei buchi neri
 
Le osservazioni stanno già sfidando le ipotesi degli astrofisici su come i buchi neri si formano e influenzano l'ambiente circostante. I buchi neri più piccoli rilevati da LIGO e, ora, dal rilevatore di onde gravitazionali europeo Virgo in Italia si sono dimostrati più pesanti e più vari del previsto, mettendo a dura prova la comprensione degli astrofisici delle stelle massicce da cui presumibilmente si formano. E l'ambiente intorno al buco nero supermassiccio nella nostra Galassia appare sorprendentemente fertile, brulicante di giovani stelle che non si prevede si formeranno in un tale vortice. 
 
Fonte: Science