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Nasce prima un buco nero o una stella? Può un buco nero andare in giro "da solo"?

Nasce prima un buco nero o una stella?
La domanda potrebbe sembrare retorica o al più degna di un gioco mentale se non fosse per la notizia a riguardo apparsa su The New Scientist.
Nell'articolo si cita il rapporto comparso sul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in cui viene affrontata la genesi dei buchi neri massicci (anche detti buchi neri obesi) presenti nelle galassie con poche stelle.

Andiamo con ordine.
La teoria corrente spiega i buchi neri (o meglio ancora ne prevede l'esistenza) come il punto di arrivo del ciclo vitale di una stella massiccia come conseguenza del suo collassamento. Se questo è oramai un punto fermo, quello che solleva dubbi è come possono esistere buchi neri la cui origine è stimata "solo" un miliardo di anni dopo il Big-Bang. Un intervallo di tempo nemmeno lontanamente sufficiente per coprire non solo il ciclo vitale di una stella massiccia ma anche la sua formazione.
Quindi, come possono esistere buchi neri così vecchi?
Secondo Bhaskar Agarwal, un astrofisico del Max Planck Institute di Garching in Germania (e autore dell'articolo) questi buchi neri giganti sarebbero originati dal collassamento di enormi nubi di idrogeno nello spazio primordiale, che avrebbero raggiunto una densità tale da impedire l'accensione della stella, generando direttamente il buco nero.
Questa ipotesi spiegherebbe quindi l'esistenza di galassie con poche stelle. Non si tratterebbe di una galassia spopolata a causa del cannibalismo del buco nero (o meglio non è solo questo il motivo) ma di galassie in cui solo poche stelle sono riuscite a formarsi con l'idrogeno rimasto. 
Altre notizie sui cosiddetti buchi neri obesi, qui
(articolo successivo sul tema: esiste l'orizzonte degli eventi?)

Fonte
- Unravelling obese black holes in the first galaxies
  Bhaskar Agarwal et al.,  MNRAS (July 11, 2013) 432 (4): 3438-3444



 ************
Altra domanda apparentemente "strana".
 Può un buco nero lasciare la propria galassia?

E' noto che gran parte (o forse tutte) delle galassie ospitano nel proprio centro un buco nero. In particolari condizioni (fusione con altri buchi neri o cattura di stelle avvicinatesi troppo) il buco nero diventa super-massiccio. Ma questo non presuppone che l'ipotesi che un buco nero possa accrescersi indefinitamente; a tal proposito esistono diverse teorie che definiscono un limite superiore alla sua massa (mentre in teoria potrebbero esistere dei buchi neri microscopici).
Ma come coniugare l'idea di un buco nero che "si ciba" di tutto quello che passa troppo in prossimità con l'osservazione fatta nel 2012 della scoperta di un buco nero che si allontana dalla propria galassia (CID-42, a 4 miliardi anni luce da noi) alla velocità di diversi milioni di km/h? Sembrerebbe un controsenso gravitazionale, eppure le immagini ottenute dal telescopio a raggi X Chandra della NASA sono "chiare". Il buco nero è ben lontano dal centro e in un futuro lontano (date le dimensioni della galassia e la nostra limitata scala temporale) ne uscirà.
La galassia CID-42 al centro di questa immagine contiene una fonte di raggi-X particolarmente forte. Dal confronto tra i dati ottenuti con diversi sistemi di rilevazione si può osservare lo spostamento verso l'esterno del buco nero supermassiccio (stima basata dall'intensità della radiazione-X). Un buco nero è difatti non osservabile direttamente, per ovvie ragioni e la sua presenza è ipotizzabile solo grazie alla "radiazione di Hawking" derivante dalla cattura di materia. Come apparirebbe questo buco nero se si fosse già allontanato dalla galassia e avesse consumato il gas circostante? Verosimilmente sarebbe assolutamente invisibile se non per l'attività di lente gravitazionale sulle stelle dello sfondo. In teoria un viaggiatore sfortunato potrebbe finirci "addosso" se non quando troppo tardi ....
(Credit: X-ray: NASA/CXC/SAO/F.Civano et al; Optical: NASA/STScI; Optical (wide field): CFHT, NASA/STScI)
Una teoria ipotizza che questo buco nero sia il risultato della fusione di due buchi neri appartenenti a due galassie distinte entrate in "collisione". Ho messo il tutto tra virgolette in quanto il termine "scontro tra due galassie", è alquanto fuorviante data l'ampiezza dello spazio interstellare intragalattico che fa si che le stelle di ciascuna galassia si "mischino" senza praticamente entrare in contatto (o con una frequenza molto bassa). In seguito a questa sovrapposizione due saranno gli esiti possibili: le due galassie proseguiranno sulla propria "strada" dopo la temporanea sovrapposizione; si formerà una nuova galassia se le forze gravitazioni (in cui la materia oscura gioca un ruolo predominante ed è per questo che gli scontri tra galassie sono oggetto di interesse) saranno tali da tenere le stelle "intrappolate".
A differenza dello spazio interstellare, un buco nero non è tuttavia una entità "rarefatta" ma al contrario è "estremamente fisico" essendo dotato di una massa considerevole. Se i due buchi neri delle galassie collidenti transitano sufficientemente vicini il risultato non può essere che la loro fusione. Essendo oggetti "fisici" il buco nero risultante avrà, come accade con due palle da biliardo che si scontrano fondendosi, una velocità e direzione probabilmente diversa da quella delle due originarie e questo potrebbe spiegare l'espulsione del buco nero dalla galassia.
Sebbene questa sia la spiegazione principale addotta proposta per la galassia CID-42, non è sempre necessario ipotizzare una fusione tra buchi neri. Secondo gli astrofisici, la serie di onde gravitazionali, cioè l'increspatura dello spazio-tempo (il mezzo attraverso cui tutti i corpi spaziali si muovono), che corpi di massa eccezionalmente alta come i buchi neri inducono, potrebbero indurre delle perturbazioni direzionali nei corpi che transitano sufficientemente vicini. Come le onde spostano una pietra sulla spiaggia così l'onda gravitazionale potrebbe avere indotto uno dei buchi neri a cambiare direzione rispetto alla galassia in se.

Altro video sulla galassia CID-42


Fonti

- Giant Black Hole Kicked Out of Home Galaxy 
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Release No.: 2012-17
-Giant Black Hole Likely Booted from Home Galaxy
 SPACE.com
- Are Rogue Black Holes Wandering the Universe?



 

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