Dischi di gas disallineati potrebbero essere "sovralimentazione" dei buchi neri

Gli scienziati britannici hanno fatto la prima osservazione del gas che cade in un buco nero al 30% della velocità della luce offrendo supporto alla teoria secondo cui i dischi di gas disallineati attorno ai buchi neri possono far cadere il materiale direttamente nell'evento spazio-temporale. Nel processo, liberando enormi quantità di energia.

L'impressione dell'artista di un buco nero circondato da un disco di accrescimento allineato tradizionalmente

Il team, guidato dal professor Ken Pounds dell'Università di Leicester, ha utilizzato i dati forniti dall'osservatorio dei raggi X dell'Agenzia spaziale europea XMM-Newton per osservare il buco nero al centro della galassia PG211 + 143. I risultati compaiono nell'ultima edizione del mensile scientifico Avvisi della Royal Astronomical Society.

"La galassia che stavamo osservando con XMM-Newton ha un buco nero di massa solare di 40 milioni che è molto luminoso ed evidentemente ben alimentato", ha detto il professor Pounds "In effetti circa 15 anni fa abbiamo rilevato un forte vento che indica che il buco era sovralimentato . Mentre tali venti si trovano ora in molte galassie attive, PG1211 + 143 ha ora prodotto un altro "primo", con il rilevamento della materia che si immerge direttamente nel foro stesso ".

"Siamo stati in grado di seguire un ammasso di materia delle dimensioni della Terra per circa un giorno, mentre veniva tirato verso il buco nero, accelerando fino a un terzo della velocità della luce prima di essere inghiottito dal buco". Pound continuò.

Impressione dell'artista del telescopio XMM Newton a raggi X (ESA)

I risultati sono di particolare interesse in quanto la deglutizione della materia da parte dei buchi neri attraverso l'accrescimento, è il metodo più efficiente per estrarre energia dalla materia. Ad esempio, confrontando l'accrescimento su un buco nero con la forma più comune di reazione di fusione nucleare nell'universo, la combustione dell'idrogeno. Scopriamo che la combustione dell'idrogeno libera circa lo 0,7% dell'energia bloccata all'interno della materia in questione. Ciò viene confrontato con un'efficienza di accrescimento di circa il 50% circa per alcuni buchi neri non rotanti (Kerr). Questa energia viene rilasciata come calore e luce.

Si ritiene comunemente che il centro di tutte le galassie, compresa la nostra, contenga un buco nero supermassiccio al suo centro. L'efficienza energetica del processo di accrescimento significa che questi oggetti indicati come nuclei galattici attivi (AGN) o quasar sono gli oggetti più luminosi nell'universo se c'è abbastanza materia che li circonda per essere consumati.

Un disco disallineato attorno a un buco nero supermassiccio (Pounds, Nixon, et al)

A causa della compattezza dei buchi neri e della legge di conservazione del momento angolare, questo gas di solito si muove troppo velocemente per cadere direttamente nel buco nero, formando invece un disco di accrescimento attorno all'oggetto. Sono le massicce forze di attrito all'interno del gas, un prodotto del massiccio effetto gravitazionale del buco nero che crea un ambiente abbastanza violento da raggiungere una così efficace liberazione di energia.

Questi risultati mostrano che ci sono casi in cui gas e altra materia possono cadere direttamente in un buco nero.

È stato comunemente ipotizzato che questi dischi di accrescimento siano allineati con il piano di rotazione del buco nero. Questa nuova scoperta fa luce su quale potrebbe essere l'effetto di un disallineamento del disco di accrescimento, in particolare sulla velocità con cui la materia cade sulla superficie del buco nero.

Il professor Pound e il suo team hanno esaminato gli spettri radiografici della galassia PG211 + 143, una galassia di Seyfert situata a un miliardo di anni luce di distanza in direzione della costellazione del coma Berenices presa dall'osservatorio XMM-Newton.

I ricercatori hanno scoperto che gli spettri erano fortemente spostati verso il rosso, dimostrando che stava cadendo nel buco nero circa il 30% della velocità della luce, circa 100.000 chilometri al secondo. Si è scoperto che il gas si stava alimentando quasi direttamente nel buco nero, probabilmente a causa della sua vicinanza al suo orizzonte degli eventi - il punto in cui nulla, inclusa la luce, può sfuggire al buco nero.

Questa osservazione dà credito agli sviluppi teorici che provengono anche dall'Università di Leicester, raggiunti dall'uso del supercomputer Dirac per simulare la "lacerazione" dei sistemi di accumulazione disallineati. Questa ricerca ha dimostrato che gli anelli di gas possono rompersi e scontrarsi tra loro causando shock, annullando così la loro rotazione, che è ciò che consente loro di cadere direttamente nel buco nero.

La ricerca implica anche che l '"accrescimento caotico" dei dischi disallineati potrebbe essere comune per i buchi neri supermassicci. Questo potrebbe spiegare perché i buchi neri formati nell'Universo primordiale diventarono di dimensioni così straordinariamente grandi. I buchi neri che accettano direttamente la materia in questo modo ruoterebbero più lentamente e sarebbero in grado di accettare più gas e far crescere le loro masse più rapidamente di quanto si credesse in precedenza.

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Originariamente pubblicato su sciscomedia.co.uk il 23 settembre 2018.