Gli scienziati hanno messo insieme il viaggio di un fascio di materia condannata mentre orbitava quattro volte in un buco nero, una prima osservativa. La loro tecnica fornisce un nuovo metodo per misurare la massa di un buco nero; e ciò potrebbe consentire di testare la teoria della gravità di Einstein in una misura che pochi pensavano fosse possibile.
Una squadra guidata dal Dr. Kazushi Iwasawa all'Institute of Astronomy (IoA) di Cambridge, in Inghilterra, ha seguito la scia di gas caldo nel corso di una giornata mentre si muoveva attorno al buco nero supermassiccio all'incirca alla stessa distanza in cui orbita la Terra Sole. Accelerata dall'estrema gravità del buco nero, tuttavia, l'orbita impiegò circa un quarto di giorno invece di un anno.
Gli scienziati hanno potuto calcolare la massa del buco nero inserendo le misure dell'energia della luce, la sua distanza dal buco nero e il tempo impiegato per orbitare attorno al buco nero - un matrimonio tra la relatività generale di Einstein e il buon vecchio- stile fisico kepleriano.
Iwasawa e il suo collega dell'IoA, il dott. Giovanni Miniutti, presentano questo risultato oggi durante una conferenza stampa basata sul web a New Orleans durante l'incontro della Divisione Astrofisica delle alte energie dell'American Astronomical Society. Il dott. Andrew Fabian dell'IoA si unisce a loro in un articolo che appare in un prossimo numero degli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. I dati provengono dall'osservatorio XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea.
Il team ha studiato una galassia chiamata NGC 3516, a circa 100 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell'Orsa Maggiore, sede del Big Dipper (o dell'aratro). Si pensa che questa galassia abbia un buco nero supermassiccio nel suo nucleo. Il gas in questa regione centrale emette luce a raggi X quando viene riscaldato a milioni di gradi sotto la forza della gravità del buco nero.
XMM-Newton ha catturato le caratteristiche spettrali dalla luce attorno al buco nero, visualizzate su uno spettrografo con punte che indicano determinati livelli di energia, simili nell'aspetto alle linee frastagliate di un cardiografo. Durante l'osservazione di una giornata, XMM ha catturato un bagliore dal gas eccitato in orbita attorno al buco nero mentre si muoveva per quattro volte. Questa era la parte cruciale di informazioni necessarie per misurare la massa del buco nero.
Gli scienziati conoscevano già la distanza del gas dal buco nero dalla sua caratteristica spettrale. (L'estensione del redshift gravitazionale, o del consumo di energia rivelato dalla linea spettrale, è correlata alla vicinanza di un oggetto a un buco nero.) Con un tempo e una distanza orbitali, gli scienziati potrebbero stabilire una misurazione di massa - tra 10 milioni e 50 milioni di masse solari, in accordo con i valori ottenuti con altre tecniche.
Mentre il calcolo è semplice, l'analisi per comprendere il periodo orbitale di un chiarore a raggi X è nuova e complessa. In sostanza, gli scienziati hanno rilevato un ciclo ripetuto quattro volte: una modulazione dell'intensità della luce accompagnata da un'oscillazione dell'energia della luce. L'energia e il ciclo osservati si adattano al profilo della luce spostata gravitazionalmente in rosso (gravità che ruba energia) e Doppler si sposta (un guadagno e una perdita di energia mentre la materia in orbita si muove verso e lontano da noi).
La tecnica di analisi implica, con sorpresa di questo team scientifico, che l'attuale generazione di osservatori a raggi X può ottenere significativi guadagni nella misurazione della massa del buco nero, sebbene con lunghe osservazioni e sistemi di buco nero con razzi di lunga durata. Basandosi su queste informazioni, le missioni proposte come Constellation-X o XEUS possono fare progressi più profondi per testare la matematica di Einstein nel laboratorio di gravità estrema.
Fonte originale: Comunicato stampa dell'Institute of Astronomy
