0196. I Quasar possono definirsi propriamente buchi neri?

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Quali sono le ultime opinioni circa la formazione, la struttura e gli effetti provocati dalla presenza di buchi neri? I Quasar possono definirsi propriamente buchi neri? (Tommaso Bertolotti ) (2074)


sem_esperto_verdeDisponiamo ormai di un significativo numero di indizi sull'esistenza di buchi neri in almeno due diversi tipi di sorgenti celesti: alcune stelle binarie icona_glossario che emettono radiazione X (Black Hole Candidates, BHC) e i nuclei galattici attivi (Active Galactic Nuclei, AGN), tra i quali vengono annoverati anche i quasar icona_glossario che altro non sono se non AGN molto lontani. I BHC sono sistemi legati gravitazionalmente costituiti da una stella ordinaria ed un buco nero, nei quali la stella perde gas e lo riversa sul buco nero dando origine all'emissione di radiazione osservata.

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La massa del buco nero nei BHC è circa una decina di massa solari. Gli AGN sono nuclei di galassie molto luminosi in cui risiede un enorme buco nero che attira il gas circostante grazie alla sua intensa forza di attrazione gravitazionale, producendo anche in questo caso intensa emissione X icona_glossario e ultravioletta. Si ritiene che il gas che alimenta il buco nero negli AGN provenga da un ammasso stellare molto denso che si trova intorno al nucleo oppure dal mezzo interstellare che pervade la galassia. I buchi neri negli AGN possono raggiungere i 100 milioni di masse solari. Buchi neri di così grande massa sono presenti in fase quiescente anche nei nuclei di galassie non attive (inclusa la nostra). Recentemente è stata proposta l'esistenza di buchi neri di massa intermedia tra quella dei BHC e degli AGN. Essi si troverebbero in alcune sorgenti X non-nucleari molto luminose in galassie vicine, ma il dibattito sulla reale natura di queste sorgenti è ancora aperto.

Nonostante non vi sia ancora chiarezza sui meccanismi di formazione dei buchi neri supermassivi residenti negli AGN, l'ipotesi più accreditata sulla formazione dei buchi neri nei BHC è che essi abbiano avuto origine durante le fasi finali dell'evoluzione di stelle di grande massa (maggiore di circa 8 masse solari), fasi che seguono uno dei più spettacolari eventi del Cosmo, l'esplosione di supernova icona_glossario. Durante la vita di una stella di grande massa i processi di bruciamento nucleare producono elementi via via più pesanti nel suo nucleo sino a formare il ferro icona_chimica. A questo punto, la fusione nucleare icona_glossario diventa endo-energetica icona_glossario ed il nucleo non può più essere mantenuto in equilibrio idrostatico icona_glossario. Esso viene così indefinitamente compresso sotto l'azione della sua stessa forza di gravità. Durante il collasso gravitazionale, il nucleo è praticamente in caduta libera e, una volta oltrepassata una superficie caratteristica detta "orizzonte degli eventi" icona_glossario esso non è più in grado di inviare nessun tipo di segnale (inclusa la luce) all'esterno. Ciò che resta del corpo collassato è il suo "campo gravitazionale statico", ossia la distorsione (curvatura) dello spazio-tempo icona_glossario prodotta dalla sua massa.

Gli effetti prodotti dalla presenza di un buco nero sono essenzialmente dovuti alla intensa attrazione gravitazionale con la quale attira i corpi che lo circondano. La sua caratteristica principale è quella di essere "nero" per l'appunto, ossia di non emettere direttamente alcun tipo di radiazione, attirando e risucchiando tutto ciò che gli capita a tiro: una immensa voragine cosmica. La sua attrazione gravitazionale può essere rivelata grazie al moto di stelle e gas che gli orbitano attorno o che, in determinate condizioni, cadono sul buco nero.

Le proprietà dello spazio-tempo intorno al buco nero dipendono dalla sua massa e dal suo momento angolare icona_glossario(proporzionale alla sua velocità di rotazione). Uno degli obiettivi principali dell' Astrofisica Relativistica è proprio determinare queste grandezze. Nel caso dei buchi neri nei BHC, la massa viene misurata attraverso il moto della stella compagna ed utilizzando le leggi di Keplero icona_biografia. In alcuni casi (come ad esempio il BHC GRO J1655-40) sofisticate tecniche di ricostruzione della curva di luce emessa dalla stella compagna durante il suo moto di rivoluzione consentono di determinare con accuratezza l'inclinazione del sistema binario e quindi la massa del buco nero. Nel caso degli AGN la massa viene determinata studiando il moto di gas e stelle che orbitano attorno al buco nero. La stella più vicina al buco nero residente al centro della nostra Galassia (Sgr A*) si trova, al periastro icona_glossario, a sole 17 ore luce da esso. La massa che si ricava studiandone il moto è 4 milioni di masse solari. Quindi, al centro della Galassia si trova un vero mostro quiescente. Misurare il momento angolare è più complesso. La variabilità e lo spettro della radiazione X emessa dal gas che cade sul buco nero contengono in linea di principio la segnatura dello spazio tempo in cui essa è stata prodotta.

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Rappresentazione del nucleo galattico MCG-6-30-15

Lo studio del profilo di una specifica riga di emissione X del ferro evidenza di una significativa rotazione del buco nero che si trova nel nucleo galattico attivo MCG-6-30-15.

Luca Zampieri – Astrofisico


 

 

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