Nel 1971, gli astronomi inglesi Donald Lynden-Bell e Martin Rees hanno ipotizzato che un buco nero supermassiccio (SMBH) risieda al centro della nostra Via Lattea. Ciò si basava sul loro lavoro con le radio galassie, che mostrava che le enormi quantità di energia irradiate da questi oggetti erano dovute al gas e alla materia che venivano accumulati su un buco nero al loro centro.
Nel 1974, la prima prova per questo SMBH fu trovata quando gli astronomi rilevarono un'enorme sorgente radio proveniente dal centro della nostra galassia. Questa regione, che hanno chiamato Sagittario A *, è oltre 10 milioni di volte più massiccia del nostro Sole. Dalla sua scoperta, gli astronomi hanno trovato prove che ci sono buchi neri supermassicci nei centri della maggior parte delle galassie a spirale ed ellittiche nell'Universo osservabile.
Descrizione:
I buchi neri supermassicci (SMBH) sono distinti dai buchi neri a massa inferiore in vari modi. Per i principianti, poiché SMBH ha una massa molto più elevata rispetto ai buchi neri più piccoli, hanno anche una densità media inferiore. Ciò è dovuto al fatto che con tutti gli oggetti sferici, il volume è direttamente proporzionale al cubo del raggio, mentre la densità minima di un buco nero è inversamente proporzionale al quadrato della massa.
Inoltre, le forze di marea in prossimità dell'orizzonte degli eventi sono significativamente più deboli per enormi buchi neri. Come per la densità, la forza di marea su un corpo all'orizzonte degli eventi è inversamente proporzionale al quadrato della massa. Come tale, un oggetto non sperimenterebbe una forza di marea significativa fino a quando non fosse molto profondo nel buco nero.
Formazione:
Il modo in cui si formano gli SMBH rimane oggetto di molto dibattito accademico. Gli astrofisici credono in gran parte di essere il risultato di fusioni di buchi neri e di accrescimento della materia. Ma da dove provengono i "semi" (cioè i progenitori) di questi buchi neri è dove si verifica il disaccordo. Attualmente, l'ipotesi più ovvia è che sono i resti di diverse stelle massicce che sono esplose, che sono state formate dall'accrescimento della materia nel centro galattico.
Un'altra teoria è che prima che le prime stelle si formassero nella nostra galassia, una grande nuvola di gas collassò in una "stella qausi" che divenne instabile a perturbazioni radiali. Si è poi trasformato in un buco nero di circa 20 masse solari senza la necessità di un'esplosione di supernova. Nel tempo, ha rapidamente aumentato la massa per diventare un buco nero intermedio e quindi supermassiccio.
In ancora un altro modello, un denso ammasso stellare ha sperimentato il collasso del nucleo come conseguenza della dispersione della velocità nel suo nucleo, avvenuta a velocità relativistiche a causa della capacità termica negativa. Infine, c'è la teoria secondo cui i buchi neri primordiali potrebbero essere stati prodotti direttamente dalla pressione esterna immediatamente dopo il Big Bang. Queste e altre teorie rimangono teoriche per il momento.
Sagittario A *:
Molteplici linee di evidenza indicano l'esistenza di un SMBH al centro della nostra galassia. Sebbene non siano state fatte osservazioni dirette sul Sagittario A *, la sua presenza è stata dedotta dall'influenza che ha sugli oggetti circostanti. Il più notevole di questi è S2, una stella che fa scorrere un'orbita ellittica attorno alla sorgente radio Sagittario A *.
S2 ha un periodo orbitale di 15,2 anni e raggiunge una distanza minima di 18 miliardi di km (11,18 miliardi di miglia, 120 UA) dal centro dell'oggetto centrale. Solo un oggetto supermassiccio potrebbe spiegarlo, poiché non è possibile discernere altre cause. E dai parametri orbitali di S2, gli astronomi sono stati in grado di produrre stime sulla dimensione e la massa dell'oggetto.
Ad esempio, i movimenti di S2 hanno indotto gli astronomi a calcolare che l'oggetto al centro della sua orbita deve avere non meno di 4,1 milioni di masse solari (8,2 × 10³³ tonnellate; 9,04 × 10³³ tonnellate USA). Inoltre, il raggio di questo oggetto dovrebbe essere inferiore a 120 UA, altrimenti S2 si scontrerebbe con esso.
Tuttavia, le migliori prove fino ad oggi sono state fornite nel 2008 dal Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics e dal UCLAs Galactic Center Group. Utilizzando i dati ottenuti in un periodo di 16 anni dal Very Large Telescope dell'ESO e dal Keck Telescope, sono stati in grado non solo di stimare accuratamente la distanza dal centro della nostra galassia (27.000 anni luce dalla Terra), ma anche di tracciare le orbite delle stelle lì con immensa precisione.
Come ha detto Reinhard Genzel, il caposquadra del Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics:
“Senza dubbio l'aspetto più spettacolare del nostro studio a lungo termine è che ha prodotto quella che ora è considerata la migliore prova empirica che i buchi neri supermassicci esistono davvero. Le orbite stellari nel Centro Galattico mostrano che la concentrazione di massa centrale di quattro milioni di masse solari deve essere un buco nero, al di là di ogni ragionevole dubbio. "
Un'altra indicazione della presenza del Sagittario A * è arrivata il 5 gennaio 2015, quando la NASA ha riportato un bagliore da raggi X da record proveniente dal centro della nostra galassia. Sulla base delle letture dell'Osservatorio dei raggi X di Chandra, hanno riportato emissioni 400 volte più luminose del solito. Si pensava che fossero il risultato di un asteroide che cadeva nel buco nero, o dall'intreccio delle linee del campo magnetico all'interno del gas che scorreva in esso.
Altre galassie:
Gli astronomi hanno anche trovato prove di SMBH al centro di altre galassie all'interno del gruppo locale e oltre. Questi includono la vicina galassia di Andromeda (M31) e la galassia ellittica M32 e la lontana galassia a spirale NGC 4395. Ciò si basa sul fatto che stelle e nuvole di gas vicino al centro di queste galassie mostrano un aumento osservabile della velocità.
Un'altra indicazione è Active Galactic Nuclei (AGN), dove vengono rilevate periodicamente esplosioni di bande radio, microonde, infrarosse, ottiche, ultraviolette (UV), a raggi X e a raggi gamma provenienti dalle regioni della materia fredda (gas e polvere ) al centro di galassie più grandi. Mentre la radiazione non proviene dai buchi neri stessi, si ritiene che l'influenza che un oggetto così massiccio avrebbe sulla materia circostante sia la causa.
In breve, gas e polvere formano dischi di accrescimento al centro delle galassie che orbitano attorno a buchi neri supermassicci, alimentando gradualmente la materia. L'incredibile forza di gravità in questa regione comprime il materiale del disco fino a raggiungere milioni di gradi Kelvin, generando radiazioni luminose ed energia elettromagnetica. Una corona di materiale caldo si forma anche sopra il disco di accrescimento e può disperdere i fotoni fino alle energie dei raggi X.
L'interazione tra il campo magnetico rotante SMBH e il disco di accrescimento crea anche potenti getti magnetici che sparano materiale sopra e sotto il buco nero a velocità relativistiche (cioè ad una frazione significativa della velocità della luce). Questi getti possono estendersi per centinaia di migliaia di anni luce e sono una seconda potenziale fonte di radiazione osservata.
Quando la Galassia di Andromeda si fonde con la nostra in pochi miliardi di anni, il buco nero supermassiccio che si trova al suo centro si fonderà con il nostro, producendo uno molto più massiccio e potente. Questa interazione è suscettibile di espellere diverse stelle dalla nostra galassia combinata (producendo stelle canaglia), ed è anche probabile che renda nuovamente attivo il nostro nucleo galattico (che è attualmente inattivo).
Lo studio dei buchi neri è ancora agli inizi. E ciò che abbiamo appreso solo negli ultimi decenni è stato sia entusiasmante che sbalorditivo. Che si tratti di massa inferiore o supermassiccio, i buchi neri sono parte integrante del nostro Universo e svolgono un ruolo attivo nella sua evoluzione.
Chissà cosa troveremo mentre scrutiamo più in profondità nell'Universo? Forse un giorno esisteremo la tecnologia e la pura audacia, in modo da poter tentare di salire al di sotto del velo di un orizzonte degli eventi. Riesci a immaginare che accada?
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sui buchi neri qui su Space Magazine. Ecco al di là di ogni ragionevole dubbio: un buco nero supermassiccio vive al centro della nostra galassia, l'eco di bagliore a raggi X rivela un buco nero supermassiccio, come pesare un buco nero supermassiccio? Prendi la sua temperatura e cosa succede quando i buchi neri supermassicci si scontrano?
Astronomia Cast anche alcuni episodi rilevanti sull'argomento. Ecco l'episodio 18: Black Holes grandi e piccoli e l'episodio 98: Quasars.
Altro da esplorare: episodi di Cast di astronomia Quasars e Black Holes grandi e piccoli.
fonti:
- Wikipedia - Supermassive Black Hole
- NASA - Buchi neri supermassicci
- Swinburne University: Cosmos - Supermassive Black Hole
