Un buco nero messo “a dieta”

Due satelliti a raggi X della NASA hanno studiato il battito “luminoso” del cuore di un buco nero che risiede in un sistema doppio. Sembra comunque solo un problema di dieta.

Il sistema binario GRS 1915+105 contiene un buco nero di massa pari a circa 14 masse solari che sta ingoiando materiale espulso dalla compagna. Mentre la materia cade verso di lui, forma un disco vorticoso che emette raggi X. Il $buco nero$ ruota ad altissima velocità e trascina in questa rotazione il gas a lui più vicino che nei pressi dell’orizzonte degli eventi raggiunge la metà della velocità della luce, prima di cadere all’interno dello spazio senza ritorno. Chandra e Rossi Timing Explorer (due satelliti NASA) hanno seguito l’emissione di raggi X per otto ore e si sono accorti che il $buco nero$ ha un suo “battito” cadenzato, simile a quello di un cuore, con un impulso ogni 50 secondi che può variare in luminosità di un fattore tre. In altre parole, la registrazione ottenuta dai satelliti assomiglia enormemente a un elettrocardiogramma umano, anche se molto più lento.

Per comprendere la fisica che controlla questi battiti periodici è come studiare il cuore di un uomo attraverso le differenze del flusso sanguigno che scorre nelle sue vene. Si è notato che il picco di raggi X avviene quando è massima la quantità di materia che penetra all’interno dell’orizzonte degli eventi. Ogni volta che avviene il battito, il $buco nero$ “pompa” un’enorme quantità di energia nello spazio che lo circonda anche fino a distanze considerevoli, cambiando la struttura del disco stesso. L’energia è tale da allontanare il materiale troppo vicino, renderlo luminosissimo e caldissimo fino a disintegrarlo. Una specie di vento stellare che spazza il gas orbitante. Dopo di ché tutto torna calmo, il disco si ricompone e la materia ritorna a essere ingoiata, incominciando un nuovo ciclo. Scientificamente è una lotta continua tra la forza di gravità che tende a far scivolare materia nel $buco nero$ e l’emissione di radiazione che tende a scacciarla. In parole più semplici potremmo dire che quando il $buco nero$ ha mangiato troppo rifiuta nuovo cibo.

Si è stimato che la massa che viene espulsa è molto grande, fino a 25 volte quella che cade realmente all’interno del $buco nero$. Questo fenomeno controlla la “dieta” dell’oggetto celeste obbligandolo a limitare una crescita troppo rapida.

I battiti del cuore del buco nero si ripetono circa ogni 50 secondi

I battiti del cuore del $buco nero$ si ripetono circa ogni 50 secondi – (Fonte: NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen et al)

Nella parte di sinistra il buco nero sta “mangiando”, a destra un’esplosione di energia

Nella parte di sinistra il $buco nero$ sta “mangiando” e l’emissione di raggi X da parte del vento stellare che viene innescato dal gas che cade verso l’oggetto al centro è debole. A destra si ha un’esplosione di energia che crea il “battito” e blocca il pranzo del $buco nero$. In entrambe le figure si vede la compagna che nutre il “cannibale”. (Fonte: NASA/CXC/M.Weiss)

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12 Commenti

  1. non ho capito una cosa..

    chi emette i raggi x?

    il gas che ruota o il buco nero?

    😮 e se è il buco nero allora ho capito ancora meno perchè avevo capito che dall’orrizzonte degli eventi non esce niente.. 😕

  2. Potrei sbagliarmi, ma in teoria i raggi X si formano perché la materia cadendo nel buco nero si scalda a temperature enormi rilasciando i raggi X. I raggi X sono quindi prodotti al di fuori dell’orizzonte degli eventi.

    Per sicurezza aspettiamo però qualcuno che ne sappia di più. 😉

  3. @belozoglu: Il gas che precipita nel buco nero, prima di superare l’orizzonte degli eventi, viene accelerato a velocità relativistiche, surriscaldato e ionizzato al punto da emettere una radiazione X. La pressione della radiazione, a intervalli regolari, diventa talmente intensa da distruggere il disco stesso.
    Basta rileggere bene l’articolo, Enzo è stato chiarissimo (come al solito).

  4. grazie Red!
    di te mi posso sempre fidare 😛
    In realtà, questa è una domanda che viene fatta spesso, malgrado sia già stato spiegato che un buco nero (per definizione) non può emettere niente. Se no che buco nero sarebbe? A volte può capitare che si legga in giro che è il buco nero a emettere segnali X e roba del genere. Non è veramente un errore, perchè è sottinteso che sia il disco di materia che sta cadendo a farlo. Io cerco sempre di essere preciso e di ripeterlo… Meglio abbondare 😉

  5. Che spettacolo!
    A proposito: a che distanza si trova questo “buchetto nero”?

  6. @ Enzo
    Quindi è come se la materia che gravita intorno al buco nero rispondesse ad una sorta di repulsione con se stessa dovuta alla forte pressione alla quale è sottoposta! Molto interessante! Questo darà sicuramente qualche informazione su come reagisce la materia quando si trova in condizioni estreme come ai bordi di un buco nero!
    Una domanda caro Enzo: supponiamo che una stella che stia per diventare un buco nero abbia un certo momento angolare, e che durante il suo collasso lo conservi come tutti ci aspettiamo. Ebbene cosa succederebbe se la velocità tangenziale arrivasse alla velocità della luce??? non si avrebbe un bilanciamento di forza gravitazionale e forza centrifuga in un determinato punto?? Ma soprattutto mi chiedo, ha significato parlare di momento angolare per un buco nero? Di rotazione lungo un asse?
    Ovviamente non parlo del disco di materia che ci orbita intorno eh
    Un caro saluto

  7. @ Enzo: Dovere!! Peccato che il commento di Carlo sia comparso solo dopo il mio….
    Comunque, questo peculiare buco nero mi stuzzica. All’inizio, mi ha ricordato una molla di un’orologio, che quando si carica troppo, si rompe…
    Poi mi sono chiesto quale effetto abbia la forte rotazione sullo spazio – tempo che lo circonda.
    Un buco nero di Kerr – Newman, con singolarità ad anello; la materia che si trasforma istantaneamente in energia, lo spazio – tempo deformato all’inverosimile…. 😯
    Un mini quasar a “portata di mano”, insomma!!!
    Un laboratorio sotto casa, che può darci della grosse sorprese….

  8. Sul sito di Chandra, a QUESTO indirizzo, trovate un’articolo (in inglese) e una bellissima animazione.
    QUI, invece, troverete altre animazioni e foto. 😎

  9. caro Vito,
    tu hai perfettamente ragione. I buchi neri ruotano senz’altro. Normalmente si parla, per semplicità, dei modelli statici, ma quello più plausibile è quello di Kerr e di Kerr-Newman, come dice giustamente Red. Cosa succede per la rotazione? Presto detto: innanzitutto, non dobbiamo mischiare buco nero e orizzonte degli eventi. Il buco nero tende a diventare un punto singolare, mentre l’orizzone degli eventi è una superficie non valicabile se non in un solo senso, ma non reale. Bisogna quindi parlare, per gli effetti esterni, della velocità ipotetica di un punto sull’orizzone degli eventi. esso potrebbe raggiungere la velocità della luce (non certo superarla, per definizione) e porterebbe all’equilibrio previsto proprio dai modelli dei buchi neri. Ce ne rendiamo conto, guardando la materia che giunge vicino a quel punto e che viene trascinata a velocità grandissime dal momento angolare.

  10. caro Red,
    la pagina di Chandra è una delle mie preferite per trovare news e immagini!
    Quando ho scritto il pezzo, l’animazione non c’era ancora… Grazie ! 😉