I buchi neri plasmano l’universo?

Sorprendente scoperta al VLT (Very Large Telescope) dell’ESO in Cile: una equipe di ricercatori europei ha osservato un allineamento tra le strutture a grande scala dell’universo e gli assi di rotazione dei buchi neri supermassicci dei nuclei delle galassie lontane attive, chiamate quasar. L’equipe ha anche scoperto che l’asse di rotazione di questi quasar tende ad essere allineato con le vaste strutture della rete cosmica in cui essi risiedono.   I buchi neri dei quasar sono circondati da dischi in rotazione di materiale molto caldo, in genere associato a potenti getti allineati lungo l’asse di rotazione. La luce emessa dal quasar spesso supera quella di tutte le stelle della galassia messe insieme.  È  noto da tempo che la distribuzione delle galassie su scale di miliardi di anni luce non sia uniforme. Formano una rete cosmica di filamenti e grumi intorno a enormi vuoti dove le galassie sono rare. Questa disposizione bella e affascinante è nota come struttura a grande scala.

Simulazione che mostra l'orientamento degli assi dei quasar con le strutture a grande scala dell'universo. Crediti: ESO/M. Kornmesser

Simulazione che mostra l’orientamento degli assi dei quasar con le strutture a grande scala dell’universo. Crediti: ESO/M. Kornmesser

I nuovi risultati del VLT indicano che l’asse di rotazione dei quasar tende a essere parallelo alle strutture a grande scala a cui appartengono. E perciò, se i quasar si trovano in un lungo filamento, allora lo spin (asse di rotazione) del buco nero centrale punta lungo il filamento. I ricercatori stimano che la probabilità che questi allineamenti siano casuali è meno dell’1%.  Per saperne di più: Bizzarro allineamento dei quasar su distanze di miliardi di anni luce.

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La danza dei buchi neri

L’immagine mostra due buchi neri supermassicci orbitanti reciprocamente, un autentico tango gravitazionale. È stata ottenuta combinando riprese ai raggi X e mappature radio ad alta risoluzione. È la prima volta che si riesce ad osservare così in dettaglio simili mostri del cielo, con ben visibili i brillanti dischi di accrescimento e i jets emessi dai poli dei due oggetti. I due buchi neri distano tra loro 25.000 anni luce.

L'immagine composita della danza dei due buchi neri. Crediti: X-Ray: NASA/CXC/D. Hudson, T.Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

L’immagine composita della danza dei due buchi neri. Crediti: X-Ray: NASA/CXC/D. Hudson, T.Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

Si trovano all’interno di una galassia lontana e, in alcuni milioni di anni, si fonderanno tra loro. Per saperne di più: Composite image shows two black holes orbiting each other

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Novità su Centauro A

Ecco una nuova immagine del jet emesso dal gigantesco buco nero centrale della galassia Centauro A. Poche settimane dopo che il Chandra X-ray Observatory della NASA ha iniziato ad operare, nel 1999, il telescopio venne puntato verso Centaurus A. Questa galassia, distante circa 12 milioni di anni luce dalla Terra, contiene un jet gigantesco emesso da un buco nero supermassiccio nascosto nel suo nucleo centrale. Da allora, Chandra ha più volte dedicato la sua attenzione a questa galassia, ogni volta raccogliendo più dati. E, come una vecchia foto di famiglia che è stata restaurata digitalmente, nuove tecniche di analisi stanno fornendo agli astronomi un nuovo look e ulteriori informazioni su questo vecchio amico galattico. Questa nuova immagine di Cen A contiene dati provenienti da osservazioni equivalenti a più di nove giorni e mezzo di esposizione, effettuate tra il 1999 e il 2012. I raggi X a più bassa energia rilevati da Chandra sono in rosso, mentre i raggi X di energia media sono verdi, e quelli a più alta energia sono blu. Si può osservare lo spettacolare getto che punta dal centro in alto a sinistra, generato dal buco nero gigante al centro della galassia. Questa nuova ripresa ad alta energia di Cen A evidenzia anche una scia di polvere che si avvolge intorno alla vita della galassia. Gli astronomi pensano che questa caratteristica sia il residuo di una collisione che Cen A ha avuto con una galassia più piccola milioni di anni fa.

L’immagine di Centauro A ripresa da Chandra, è ben visibile il drammatico getto di materia. Crediti: X-ray: NASA/CXC/U.Birmingham/M.Burke et al.

L’immagine di Centauro A ripresa da Chandra, è ben visibile il drammatico getto di materia. Crediti: X-ray: NASA/CXC/U.Birmingham/M.Burke et al.

Le osservazioni di Chandra sul Cen A forniscono una ricca risorsa per una vasta gamma di ricerche scientifiche. Ad esempio sono stati scoperti numerosi buchi neri di origine stellare e stelle di neutroni. I risultati suggeriscono che quasi tutti questi oggetti compatti hanno masse che si dividono in due categorie: inferiore a due volte quella del Sole, o più di cinque volte il Sole. Questi due gruppi corrispondono alle stelle di neutroni e ai buchi neri. Il divario di massa può darci informazioni circa il modo in cui stelle massicce esplodono. Gli scienziati si aspettano un limite massimo per le più massicce stelle di neutroni, fino a due volte la massa del sole. Ciò che è sconcertante è che i piccoli buchi neri sembrano avere circa cinque volte la massa del sole. Le stelle presentano una serie continua di masse, e quindi in termini di peso della loro progenie ci si aspetterebbe lo stesso andamento per i buchi neri, superato il limite delle stelle di neutroni. Gli scienziati sono al lavoro per comprendere quale possa essere il meccanismo regolatore della massa di questi buchi neri di origine stellare.  Per saperne di più: Centaurus A: A new look at an old friend

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Una galassia con due cuori

È ormai accertato che, di norma, le galassie ospitano nel loro centro un buco nero supermassiccio. Ma nel caso della galassia M83 il buco nero centrale sembra non essere solo. Questa galassia è interessante perché presenta una insolita vitalità: in essa sono state osservate bel sei esplosioni di supernova, più oltre 300 resti di supernova e, in aggiunta, mostra una grande attività nella formazione stellare, con oltre 3000 giovani ammassi di stelle, alcuni dei quali hanno una età inferiore ai 5 milioni di anni. Numerosi indizi provano che il buco nero centrale è accompagnato da una seconda grande massa.

Una splendida immagine di M83 ottenuta combinando i dati del Telescopio Spaziale Hubble e del Giant Magellan Telescope. Crediti: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Una splendida immagine di M83 ottenuta combinando i dati del Telescopio Spaziale Hubble e del Giant Magellan Telescope. Crediti: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Si discute se questa seconda massa sia a tutti gli effetti un secondo buco nero, come in altre galassie quale anche quella di Andromeda, o sia un grande ammasso di stelle co-orbitante col buco nero. La galassia M83 si trova a soli 15 milioni di anni luce da noi nella costellazione dell’Hydra ed è facilmente osservabile anche con piccoli telescopi. Per saperne di più: A galaxy with two hearts

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Un piccolo buco nero più luminoso del previsto

Un buco nero di massa stellare emette più radiazione x del previsto. Quale sarà la ragione? Si chiama ULX-1 e si trova nella galassia M101, a 21 milioni di anni luce da noi nella costellazione dell’Orsa Maggiore. Ha una massa stimata di 20-30 masse solari e, rubando continuamente materia ad una stella compagna vicina, comprime questa materia nel suo disco di accrescimento riscaldandola fino alla emissione di raggi x. Il problema è che ULX-1 emette troppa radiazione, peraltro con caratteristiche simili alle emissioni da parte di buchi neri di massa molto maggiore.

Il buco nero ULX-1 è ubicato in un braccio della galassia M101. L'immagine è il risultato delle riprese di ben quattro differenti telescopi. CreditiChandra X-ray Observatory, Spitzer Satellite, Hubble Space Telescope, and GALEX Satellite.

Il buco nero ULX-1 è ubicato in un braccio della galassia M101. L’immagine è il risultato delle riprese di ben quattro differenti telescopi. CreditiChandra X-ray Observatory, Spitzer Satellite, Hubble Space Telescope, and GALEX Satellite.

Gli astronomi sono al lavoro per decifrare questo puzzle che appare cruciale per comprendere l’evoluzione dei buchi neri. Per saperne di più: Downsized black hole is much brighter than it should be

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Quale mistero nell’ammasso M15?

L’ammasso globulare M15, in Pegaso, nasconde qualcosa nel suo centro. M15 è uno degli ammassi globulari più densi, contiene più di 100.000 stelle e orbita attorno alla Via Lattea a 35.000 anni luce da noi. Recentemente il Telescopio Spaziale ne ha ripreso l’immagine che potete ammirare, dove si osservano blu molto calde e stelle rosse più fredde. Ma lo studio approfondito dell’ammasso mostra che nel suo centro è situata una massa molto compatta. Gli astronomi pensano che possa trattarsi di una concentrazione di stelle di neutroni, oppure di un buco nero di massa intermedia. Ma si ritiene che questa seconda ipotesi sia la più probabile.

L'ammasso M15 è osservabile con un piccolo telescopio nella costellazione di Pegaso, poco a ovest della stella Enif. Crediti: NASA/ESA

L’ammasso M15 è osservabile con un piccolo telescopio nella costellazione di Pegaso, poco a ovest della stella Enif. Crediti: NASA/ESA

I buchi neri di massa intermedia possono formarsi dalla fusione di diversi buchi neri di massa stellare o come fusione di stelle massicce nell’ammasso. La conferma dell’esistenza di questo buco nero sarà importante per comprendere come evolvono i buchi neri di questo tipo. Per saperne di più: Hubble views an old and mysterious cluster

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Come crescono i buchi neri supermassicci?

Come ingrassano i buchi neri massicci ? È la domanda cui risponde uno studio comparato di un team di astronomi americani pubblicato oggi. Sappiamo che numerose galassie ospitano giganteschi buchi neri di massa molti milioni di volte superiore a quella di una stella. Il più massiccio conosciuto ha 17 miliardi di masse solari. Lo studio ha preso in esame decine di milioni di galassie, cercando una relazione tra la massa del buco nero centrale e la distribuzione delle galassie. È risultato che i buchi neri più massicci si trovano in galassie collocate in ambiti del cosmo dove la densità di galassie stesse è più alta, cosa che ragionevolmente ha reso più probabile la fusione tra galassie e dei rispettivi buchi neri nei lenti processi di interazione avvenuto nel passato.

Una illustrazione artistica che mostra una galassia con un nucleo attivo (AGN) contenete un super buco nero.

Una illustrazione artistica che mostra una galassia con un nucleo attivo (AGN) contenete un super buco nero.

Analogamente è emerso dallo studio che nella galassie con il rigonfiamento centrale più denso il buco nero contenuto è più massiccio. Insomma, in certo qual modo la dieta del buco nero è analoga a quella della galassia ospite. Per saperne di più: Fat black holes grown up in cities: ‘Observational’ result using Virtual Observatory

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Stella binaria superveloce

Una stella che fugge alla velocità di tre milioni di km orari. È stata scoperta nel 2005, ma solo ora si è potuto comprendere che è stata sparata via da un effetto fionda gravitazionale prodotto dal buco nero centrale della Via Lattea. Si tratta della stella binaria LP400-22, costituita da due nane bianche in orbita stretta che attualmente si trova a 1400 anni luce da noi.

Le intricate orbite stellari attorno al buco nero centrale della Via Lattea, che sta divorando una enorme nube di gas. Crediti: ESO

Le intricate orbite stellari attorno al buco nero centrale della Via Lattea, che sta divorando una enorme nube di gas. Crediti: ESO 

La sua fuga è iniziata 80 milioni di anni fa e i calcoli recentemente effettuati dimostrano che è partita da centro galattico, dove le velocità delle stelle orbitanti attorno al gigantesco buco nero sono molto elevate, fino a superare i 5000 km al secondo. Per saperne di più: Runaway binary stars.

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Lo spettacolo cosmico visto dall’homo erectus 2 milioni di anni fa.

Pare che il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia abbia avuto una violenta emissione circa 2 milioni di anni fa, quando i nostri antenati impararono a camminare in posizione eretta. Apparve una luce nel cielo notturno, rivaleggiando con la luna piena per la luminosità e dimensioni: proveniva dal buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia che improvvisamente si risvegliò. È quanto viene comunicato da un lavoro, annunciato questa settimana in una conferenza a Sydney, in Australia, che ingegnosamente propone una soluzione a due enigmi galattici apparentemente non correlati. Può sembrare strano parlare di buchi neri supermassicci come la fonte delle luci più luminose dell’universo. Ma questo è il motivo per cui i centri di alcune galassie, noti come nuclei galattici attivi o AGN, brillano così intensamente. L’idea è che, come il buco nero supermassiccio attira materia, questa precipita in un disco circostante, si riscalda e diventa incandescente. Quando grandi quantità di materia cadono nel disco, l’energia viene rilasciata attraverso potenti e luminosi getti di particelle perpendicolari alla rotazione del buco nero. Il buco nero centrale della Via Lattea, chiamato Sagittarius A*, è attualmente quieto, ma non si sa esattamente che cosa faccia un buco nero di un AGN. Un indizio che la nostra galassia non sia stata sempre tranquilla si è avuto nel 2010, quando gli astronomi che utilizzano il satellite Fermi gamma-ray della NASA ha avvistato un paio di strutture spettacolari ma misteriose ora chiamate bolle di Fermi, torreggianti 25 mila anni luce sopra e sotto il piano galattico. Recentemente numerosi ricercatori hanno sostenuto che le bolle sono state causate da una esplosione in Sagittarius A*.

Le due “bolle di Fermi” torreggianti ai due lati della Via Lattea. Crediti: NASA/Goddard

Le due “bolle di Fermi” torreggianti ai due lati della Via Lattea. Crediti: NASA/Goddard

Le simulazioni mostrano che due intensi getti di particelle ad alta energia, come quelli prodotti da un AGN, eiettati dal buco nero possono aver creato le bolle . Si è calcolato che l’evento sarebbe successo tra 1 e 3 milioni di anni fa e durò poche centinaia di migliaia anni. Ciò può anche risolvere un altro mistero: l’anomala luminosità della parte più vicina della “corrente di Magellano”, un flusso di idrogeno fuoriuscente dalla Via Lattea e collegato con le due nubi di Magellano, piccole galassie satelliti della nostra. Una seconda ricerca ha dimostrato che anche questo fenomeno è pienamente compatibile con l’eruzione di due milioni di anni fa, spettacolo cui ha assistito l’Homo erectus. Per saperne di più: Early humans saw black hole light in the night sky

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L’importanza di conoscere la velocità di rotazione dei buchi neri galattici

I buchi neri galattici influenzano la formazione e l’evoluzione delle galassie ospiti. Per meglio comprenderne gli effetti su scala galattica è indispensabile conoscere sia la massa sia la velocità di rotazione, cioè lo spin, del buco nero. Ma non è semplice. Gli astronomi della at Durham University, Regno Unito, hanno studiato il buco nero, con massa di 10 milioni di soli, in una galassia distante 500 milioni di anni luce dalla Terra. Lo studio, effettuato nel visibile, nell’ultravioletto e nei raggi x, ha permesso di misurare lo spin del buco nero. La materia che precipita nel buco nero forma un disco di accrescimento, questo disco è tanto più vicino al buco nero quanto più questo ruota velocemente.

Più il buco nero ruota velocemente, più vicino si forma il disco di accrescimento. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Più il buco nero ruota velocemente, più vicino si forma il disco di accrescimento. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Questa è stata la chiave per arrivare alla misura della velocità di rotazione. Gli astronomi sono soddisfatti e dicono ”grazie a questo risultato, speriamo ora di essere in grado di meglio comprendere il rapporto tra i buchi neri e le loro galassie”. Per saperne di più: Capturing black hole spin could further understanding of galaxy growth

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