Perché i buchi neri emettono raggi X

Un team di ricercatori mostra come questa attività, finora non spiegata dalla teoria, sia invece inevitabile. Lo studio su The Astrophysical Journal

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Come fanno i buchi neri a produrre così tanti raggi X ad alta energia? E’ una delle domande che da tempo tengono impegnati gli astronomi, divisi tra la teoria (finora non in grado di renderne ragione) e le osservazioni massiccie di emissioni. A tentare di unificare lo scenario è oggi uno studio pubblicato su The Astrophysical Journal, condotto da una collaborazione tra gli scienziati della John Hopkins University, della Nasa e del Rochester Institute of Technology.

Un buco nero è un oggetto solitamente circondato da gas, che si muove velocemente, formando una spirale attorno ad esso, che dà luogo a una struttura chiamata disco di accrescimento. Questo disco di scalda fino a raggiungere temperature che sfiorano i 10 milioni di gradi Celsius (2000 volte la temperatura del Sole), ed emette raggi X a bassa energia, chiamati anche soft. Tuttavia, le osservazioni effettuate finora hanno anche rilevato la presenza di raggi X ad alta energia, o hard, non previsti dalla teoria e difficili da interpretare.

Per cercare di rintracciarne l’origine, i ricercatori guidati da Julian Krolik hanno eseguito una serie di simulazioni su computer estremamente potenti (tra questi Ranger del Texas Advanced Computing Center che ha lavorato per 27 giorni per svolgere i calcoli necessari), e hanno dimostrato, per la prima volta, che l’emissione di radiazione ad alta energia è non solo possibile, ma che anzi si tratta di un fenomeno inevitabile.

Gli scienziati hanno proceduto così: hanno sviluppato le simulazioni computerizzate risolvendo tutte le equazioni che governano il moto dei gas attratti dal buco nero, tenendo anche conto della presenza del campo magnetico, della temperature, della densità e della velocità, riuscendo a riprodurre una serie di importanti caratteristiche dei raggi X, come quelle osservate fino ad oggi in buchi neri attivi.

A questo punto, utilizzando i dati ottenuti dalla simulazione, i ricercatori sono stati quindi in grado di esaminare come i raggi X vengono emessi, assorbiti e dispersi nelle vicinanze di uno di questi oggetti estremamente densi. Mettendo insieme i risultati, gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta una connessione diretta tra le turbolenze magnetiche nel disco di accrescimento, la formazione di una corona simile a quella solare e la produzione di raggi X ad alta energia attorno a un buco nero attivo, causata dalla collisione dei raggi meno energetici con elettroni e altre particelle veloci.

“I buchi neri sono oggetti veramente esotici, con temperature eccezionalmente alte, moti incredibilmente rapidi e attrazioni gravitazionali che mostrano tutte le stranezze della relatività generale”, ha commentato Krolik. “Ma i nostri calcoli hanno fatto vedere che possiamo capire molto di loro ricorrendo a semplici principi standard di fisica”.

Riferimenti e credits immagine: John Hopkins University


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