Credito d'immagine: JHU
Per più di 30 anni, gli astrofisici hanno creduto che i buchi neri possano ingoiare la materia vicina e di conseguenza rilasciare un'enorme quantità di energia. Fino a poco tempo fa, tuttavia, i meccanismi che avvicinano la materia ai buchi neri sono stati poco compresi, lasciando i ricercatori perplessi su molti dettagli del processo.
Ora, tuttavia, le simulazioni al computer dei buchi neri sviluppate dai ricercatori, tra cui due alla Johns Hopkins University, stanno rispondendo ad alcune di queste domande e sfidando molte ipotesi comunemente assunte sulla natura di questo enigmatico fenomeno.
“Solo recentemente i membri del team di ricerca? John Hawley e Jean-Pierre De Villiers, entrambi dell'Università della Virginia? ha creato un programma per computer abbastanza potente da tracciare tutti gli elementi di accrescimento sui buchi neri, dalle turbolenze e dai campi magnetici alla gravità relativistica ", ha dichiarato Julian Krolik, professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Henry A. Rowland presso Johns Hopkins, e co capo del gruppo di ricerca. "Questi programmi stanno aprendo una nuova finestra sulla complicata storia di come la materia cade nei buchi neri, rivelando per la prima volta come i campi magnetici aggrovigliati e la gravità einsteiniana si combinano per spremere un'ultima esplosione di energia dalla materia destinata alla prigione infinita in un nero buco."
Vicino al bordo esterno del buco nero, dove la descrizione newtoniana della gravità si interrompe, le orbite ordinarie non sono più possibili. A quel punto ? o così è stato immaginato negli ultimi tre decenni? la materia si immerge rapidamente, senza intoppi e silenziosamente nel buco nero. Alla fine, secondo l'immagine prevalente, il buco nero? se non per esercitare la sua attrazione gravitazionale? è un destinatario passivo di donazioni di massa.
I primi calcoli realistici del team sulla caduta dei buchi neri hanno fortemente contraddetto molte di queste aspettative. Mostrano, ad esempio, che la vita in prossimità di un buco nero è tutt'altro che calma e calma. Invece, gli effetti relativistici che costringono la materia a tuffarsi verso l'interno ingrandiscono i movimenti casuali all'interno del fluido per creare violenti disturbi di densità, velocità e intensità del campo magnetico, spingendo avanti e indietro onde di materia e campo magnetico. Questa violenza può avere conseguenze osservabili, secondo il co-leader del team di ricerca Hawley.
“Proprio come qualsiasi fluido che è stato agitato nella turbolenza, la materia immediatamente al di fuori del bordo del buco nero viene riscaldata. Questo ulteriore calore produce ulteriore luce che gli astronomi sulla Terra possono vedere ", ha detto Hawley. “Uno dei tratti distintivi dei buchi neri è che la loro emissione luminosa varia.
Sebbene ciò sia noto da oltre 30 anni, finora non è stato possibile studiare l'origine di queste variazioni. Le violente variazioni del riscaldamento? ora visto come un sottoprodotto naturale di forze magnetiche vicino al buco nero? offrire una spiegazione naturale per la luminosità in continua evoluzione dei buchi neri ".
Una delle proprietà più sorprendenti di un buco nero è la sua capacità di espellere getti vicino alla velocità della luce. Sebbene da tempo ci si aspettasse che i campi magnetici siano cruciali per questo processo, le ultime simulazioni mostrano per la prima volta come un campo può essere espulso dal gas in accumulo per creare un tale getto.
Forse il risultato più sorprendente delle nuove simulazioni al computer del team è che i campi magnetici avvicinati a un buco nero rotante accoppiano anche la rotazione del buco alla materia in orbita più lontano, nello stesso modo in cui la trasmissione di un'auto collega il suo motore rotante all'asse. Krolik afferma: "Se un buco nero nasce ruotando molto rapidamente, il suo" treno di trasmissione "può essere così potente che la sua cattura di massa aggiuntiva ne rallenta la rotazione. L'aumento della massa fungerebbe quindi da "governatore", imponendo un limite di velocità cosmica agli spin del buco nero ".
Secondo Krolik, quel "governatore" potrebbe avere forti implicazioni per molte delle proprietà più sorprendenti dei buchi neri. È opinione diffusa, ad esempio, che la forza del getto di un buco nero sia correlata alla sua rotazione, quindi un "limite di velocità di rotazione" potrebbe determinare una forza caratteristica per i getti, ha detto Krolik.
Finanziato dalla National Science Foundation, questa ricerca è stata pubblicata in una serie di quattro articoli su The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. Aprile 2005 ApJ in stampa.)) Le simulazioni sono state eseguite presso il San Diego Supercomputer Center supportato da NSF. Il team di ricerca comprendeva anche Shigenobu Hirose, anch'egli di Johns Hopkins.
Fonte originale: Comunicato stampa JHU
