Buchi neri, getti di gas superveloce e "luminosità" inattesa

(articolo precedente sul tema "Hawking lancia una idea rivoluzionare sui buchi neri")

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Perché i buchi neri emettono periodicamente gas superveloce?

L'immagine stilizzata che riproduce l'emissione di gas perpendicolarmente al disco di gas che circonda un buco nero è ampiamente usata nella descrizione dei buchi neri. Attenzione, NON mi riferisco alla radiazione di Hawking (alla base della teoria dell'evaporazione dei buchi neri --> vedi anche il "paradosso dell'informazione dei buchi neri") ma alle colonne di gas emesse appena prima che la materia precipiti nel buco nero.

Spiegare come questo avvenga è però un altro discorso e necessita di conoscenze approfondite. Vediamo se riesco a semplificare quel poco che so su questo argomento.

Mano a mano che il gas interstellare (o la materia "risucchiata" da una stella troppo vicina) precipita verso il buco nero, si viene a formare un disco di materia compressa e scaldata dalla eccezionale forza di gravità. Subito prima di superare la zona detta "orizzonte degli eventi", al di la della quale i fotoni (quindi la luce) non riescono più a sfuggire, parte di quel gas subisce una improvvisa accelerazione e viene espulso nello spazio a velocità prossime (ovviamente non possono essere uguali essendo il gas dotato di massa) a quelle della luce. La colonna di gas che ne risulta è bidirezionale e perpendicolare all'asse di rotazione del buco nero.

Getti di materiale emessi dal buco nero al centro della galassia Centauro-A. In arancione i dati provenienti dal telescopio Atacama Pathfinder Experiment (APEX); in blu l'immagine ottenuta dal Chandra X-ray Observatory. (Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al.; Submillimeter: MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al.; Optical: ESO/WF; NASA)

Perché si formano i getti non è del tutto chiaro se non per il fatto che quando due particelle di gas si scontrano ad alta velocità emettono radiazione gamma.

Nuove immagini ad altissima definizione mostrano per la prima volta l'istante in cui un buco nero spara i "proiettili" di gas superveloce (vedi video). I dati provengono dall'osservazione del buco nero H1743-322 e della sua stella compagna, lontani circa 28 mila anni luce dalla Terra.  H1743-322, la cui massa è 5-10 volte quella del Sole, ha più volte prodotto queste emissioni e i nuovi dati potrebbero aiutare a capire meglio il fenomeno in atto.

Nei sistemi binari può accadere che il buco nero strappi alla stella compagna del materiale che andrà a formare i cosiddetti dischi di accrescimento, che ruotano vorticosamente attorno all'equatore del buco nero. La materia che cade nel buco nero produce l'emissione di getti di materiale dai poli. Di solito si tratta di getti continui, ma a volte possono essere sostituiti da emissioni rapidissime di gas elettricamente carico, "proprio come proiettili sparati da un fucile in modalità raffica", dice Gregory Sivakoff, ricercatore dell'Università dell'Alberta, in Canada.

Giusto per avere una idea dell'energia in gioco, l'energia associata a queste emissioni in un'ora può essere paragonata, in media, a quella emessa dal Sole in cinque anni. Trovarsi sulla traiettoria di emissione di questi getti durante un periodo di attività del buco nero, non deve essere piacevole a meno di trovarsi a distanze considerevoli (anche in termini galattici).

Fenomeni simili non sono rari (cosmologicamente parlando) e infatti sono osservabili anche nella nostra galassia che, come tante altre, ospita al suo centro un buco nero. Perché i getti di gas non avvengo in modo continuo? Semplicemente perché dipende dalla disponibilità di "carburante"; da qui l'alternarsi tra "periodi dormienti" ed altri di intensa attività del buco nero.

La traccia di precedenti attività del nostro buco nero (noto come Sagittarius A*) è nella esistenza stessa della Corrente Magellanica, una zona ricca di gas idrogeno posta tra due mini galassie note come la Grande e la Piccola Nube di Magellano. Nel 1996 si osservò per la prima volta uno strana luminosità nella "Corrente" di cui però non si capì la causa. Sono stati necessari quasi 20 anni per arrivare all'ipotesi che questa luminescenza fosse la traccia di una massiccia emissione di energia da parte del buco nero galattico. Solo nel 2010 il satellite Fermi rilevò due enormi nubi di gas ad alta temperatura e questo portò a formulare l'ipotesi che il surriscaldamento fosse il risultato di una enorme "emissione" di energia proveniente da Sagittarius A*; energia consistente in onde radio, infrarosse, UV, raggi X e gamma e di intensità talmente elevata da riuscire ad accendere il gas interstellare. Da questa osservazione l'ipotesi che una causa simile sia all'origine della luminosità rilevata nella Corrente Magellanica.

Un evento abbastanza frequenza su scala cosmica, vale a dire ogni pochi milioni di anni.

*** aggiornamento ***

 L'articolo apparso a settembre 2015 fotografa un evento straordinario per la fortuna di averlo colto: è stato osservato un buco nero che dopo avere consumato "uno spuntino" è entrato a dieta.

Parliamo del quasar SDSS J1011+5442 i cui dati risalenti al 2003 mostravano una piena attività (evidenziata dalla banda alfa dell'idrogeno nello spettro di emissione). Nel 2015 l'analisi dello stesso spettro ha mostrato ... una linea piatta. Controllando i dati disponibili si è concluso che la variazione è avvenuta nel corso di due anni con un calo del segnale pari a 50 volte. Un evento del genere è, forse, spiegabile con la fine della materia prima, magari una succulenta stella avvicinatasi troppo al buco nero. 

(Articolo originale QUI)

Ulteriori letture

- Quando il buco nero spara

National Geographic Italia
- NASA'S RXTE Helps Pinpoint Launch of 'Bullets' in a Black Hole's Jet
NASA 
-  Black Hole Fires Gas 'Bullets' Into Space
space.com