Le cose che colpiscono di un buco nero ad un primo impatto, sono:
1) che il centro è completamente nero, inaccessibile, invisibile
2) che tutto, intorno, viene attirato inesorabilmente verso di esso, vorticando a gran velocità
3) cosa che è meno nota ai profani, e che non verrebbe neanche in mente, viene emesso dal buco nero un potente fascio di radiazione elettromagnetica o plasma (detto anche
jet relativistico) insieme a fiammate enormi di gas luminescente.
Prima una presentazione:
un
Buco Nero (BN, Black Hole) è un oggetto massivo che esercita un’attrazione gravitazionale cosi intensa da impedire alla materia e addirittura alla stessa radiazione elettromagnetica, la luce, di fuggire via da esso: in questo senso e’ nero.
Traduco meglio la frase precedente:
'massivo' significa 'consistente, numerosissimo, abbondante, massiccio', quindi
'il campo gravitazionale di un corpo massivo' significa che questo oggetto massiccio, molto denso e concentrato ha un certo potere di attirare a se altri corpi oppure la stessa radiazione elettromagnetica, ossia la luce. Quindi i campi gravitazionali di corpi massivi sono in grado di curvare i raggi di luce (vedi
effetto lente gravitazionale, post Dark Matter e anche più avanti in questo stesso post un accenno all'argomento secondo la Teoria della Relatività Generale di Einstein)
In esso la materia è addensata in un piccolo punto (
singolarita’) e questa determina il raggio di una superficie immaginaria detto
"raggio di Schwarzschild".
Un'immagine artistica che mostra quanto potrebbe essere microscopica la singolarità rispetto alla dimensione del raggio del cerchio.
Per esempio
un buco nero di massa pari a quella del Sole avrebbe un raggio di circa 3 Km mentre per una massa pari a quella della Terra il raggio sarebbe di 1 solo cm.
Ma vediamo meglio, attraverso una sequenza di immagini, di chiarire questo ultimo esempio:
Immagine sopra: qualsiasi materia può diventare un Buco Nero se tu volessi comprimerla oltre il suo "raggio di Schwarzschild"
Dovresti comprimere il Sole fino alle dimensioni di una piccola città
Ecco il Sole che si sta rimpicciolendo arrivando alle dimensioni della Terra
Il Sole continua a rimpicciolirsi fino a raggiungere la terraferma
Ora che ha raggiunto le dimensioni di pochi km, il
Sole aumenta
ipoteticamente la sua luninosità preparandosi al collasso
Il Sole rimpicciolito a pochi km, al culmine della luminosità
Ora il Sole si spegne collassando su se stesso
Il collasso continua
La
stella collassata ora forma un
Buco Nero, notate le distorsioni del territorio circostante che comincia ad essere inghiottito, poiché la forza di attrazione gravitazionale di questo oggetto è enorme.
In proporzione, la Terra per subire lo stesso trattamento dovrebbe essere compressa fino alle dimensioni di un'arachide.
Un buco nero essenzialmente e’ il frutto di una forte distorsione dello spazio-tempo dovuta alla presenza di un forte campo gravitazionale. La superficie di un buco nero, chiamata
"Orizzonte degli Eventi (OdE)", è una superficie di separazione chiusa all'interno della quale la velocità di fuga e’ maggiore della velocità della luce.
Un risultato notevole e’ che l’interno di un buco nero non ha relazione causale con il resto dell’universo: significa che nessun processo fisico che avvenga all’interno dell’orizzonte degli eventi può comunicare la propria esistenza o i propri effetti all’esterno.
Molti di noi non sanno che un buco nero può avere comportamenti diversi, come quelli qui indicati.
Molto in breve, nell'immagine abbiamo 3 possibilità, 1) quello che si muove in senso opposto alla rotazione di tutto il materiale che gli sta vorticando intorno per essere divorato, 2) quello che è statico, cioè non si muove ed infine 3) quello che ruota nello stesso verso della materia orbitante intorno e che sta divorando.
Inoltre esistono diversi tipi di buchi neri ma in questa sede per non complicarci la vita non li tratteremo.
Quello che invece ci può interessare ora è:
come si comporta l'OdE nel caso di un Buco Nero che ruota? E' corretto dire che tutto ciò che arriva vicino al Buco Nero viene inesorabilmente inghiottito?
Sappiamo che
le stelle ruotano e lo stesso fanno anche i nuclei superiori alle 3 masse solari. In altre parole, ruotano anche quelle “cose” che diventeranno buchi neri dopo aver oltrepassato l’orizzonte degli eventi.
Il buco nero non solo deforma lo spazio-tempo (questo lo fa anche quello classico, statico),
ma lo fa ruotare a velocità altissima.
Esempio: è come avvicinarsi a un gorgo di un fiume. Nell'immagine a fianco la barchetta rappresenta lo spazio-tempo e il gorgo il
Buco Nero.
Se state abbastanza lontani iniziate a ruotare velocemente e venite sbattuti via a grande velocità.
Se invece superate una certa distanza venite inghiottite dal gorgo e sprofondate nell’imbuto liquido.
Esiste però una distanza critica in cui si riesce a stare fermi rispetto alla rotazione. Questo limite critico tiene conto sia dell’attrazione gravitazionale che della forza centrifuga.
Proprio come capita alle stelle che quando ruotano velocemente prendono la forma di un ellissoide a due assi schiacciato ai poli, lo stesso succede a questa superficie critica che coincide ai poli con l’orizzonte degli eventi, ma se ne discosta all’equatore.
La zona tra le due superfici prende nome di
Ergosfera (dal greco "ergon" che significa "lavoro"per indicare la sfera entro la quale può essere compiuto un lavoro in grado di aumentare l'energia di una particella che vi entra).
Il nome deriva dal fatto che le
particelle che vi penetrano non sono ancora condannate, potrebbero anche uscirne, estraendo in qualche modo energia dal buco nero, esse infatti acquistano velocità.
Nell'immagine sottostante, oltre all'OdE (che è la circonferenza) e alla Ergosfera (la zona blu ad ellisse schiacciata ai poli), troviamo la zona critica dove c'è equilibrio (il 'limite statico').
L’ergosfera è in pratica la zona dove la materia ruota attorno al buco nero e dove tutto viene trascinato dalla rotazione dello spazio-tempo. Attenti però, chiaramente qui è lo spazio-tempo che trascina nel vortice, non è una rotazione di acqua attorno a un mulinello, dato che lì è la viscosità del liquido che ci trascina. Tuttavia, l’esempio del gorgo va benissimo tenendo bene in conto questa diversità concettuale.
Quindi possiamo rispondere alla domanda iniziale dicendo che
non tutto viene inghiottito, perchè ciò che si trova nella zona critica, nel limite statico dove c'è equilibrio tra la forza di gravità e la forza centrifuga, può ancora fuggire via, in teoria.
In linea generale, secondo la relatività generale di Einstein, lo spazio e il tempo sono deformati dal campo gravitazionale dovuto ai corpi dotati di massa (nota nel
post Dark Matter riguardo allo spazio-tempo deformato dalla massa, o curvatura spazio-tempo) e la deformazione è più forte in prossimità di un buco nero.
E’ opinione comune tra gli astronomi che
nel nucleo di tutte le galassie sia presente un buco nero di massa compresa tra 1 milione e 1 miliardo di masse solari.
Questi
buchi neri vengono indicati come
supermassivi.
Le principali evidenze osservative (cioè le prove visive) della presenza di questi buchi neri sono:
1) L’attività presente nei nuclei di alcune galassie quali i quasar e galassie Seyfert
2) La dinamica del materiale che orbita nelle regioni centrali delle galassie
Ora, il punto 1) ci porta al titolo del post che collega chiaramente il concetto di Buco Nero con quello di Quasar, vediamo in cosa consiste questo collegamento. Cos'è un quasar?
Le prime galassie attive scoperte furono i Quasar, che altro non sono che le emissioni energetiche della materia catturata dai buchi neri supermassivi al centro delle galassie.
Fin dall’inizio si era capito come essi fossero estremamente luminosi. L’unico meccanismo che riesce a generare una simile luminosità e’ l’accrescimento di materia da parte di un buco nero. Lo studio dei quasar mostra come in passato fossero molto più abbondanti di adesso. L’evoluzione della luminosità dei quasar e’ spiegata col fatto che con il tempo i buchi neri supermassivi al centro delle galassie fagocitavano sempre più materia con conseguente aumento della luminosità. Una volta esaurito il materiale intorno al buco nero il nucleo della galassia diventa quiescente.
Capito? Converrete con me che non è poi così complicato una volta che abbiamo messo a fuoco meglio cosa significa la parola. Praticamente, traducendo, il buco nero attira a se inesorabilmente tutta la materia e la luce circostanti. Prima di essere ingoiato completamente e sparire nelle fauci del buco nero, tutto quel materiale in grandi quantità si accumula emettendo enormi quantità di energia anche luminosa, aumentando così in modo esponenziale la luminosità. Come vedremo adesso, quando dico che la luminosità aumenta in modo esponenziale non scherzo, è davvero impressionante.
Un quasar (contrazione di
QUASi-stellAR radio source, radiosorgente quasi stellare)
è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso e generalmente molto distante dalla Terra. Il nome deriva dal fatto che questi oggetti furono inizialmente scoperti come potenti sorgenti radio, la cui controparte ottica (cioè osservata col telescopio) risultava puntiforme come una stella.
Il grande spostamento verso il rosso che caratterizza i quasar (ricordate che nel
post Big Bang parlavo di
redshift?), in accordo con la legge di Hubble, implica che
siano oggetti molto distanti e che debbano emettere energia equivalente a centinaia di normali galassie. Il termine è stato coniato nel 1964 dall'astrofisico cinese nato in U.S.A, Hong-Yee Chiu.
La natura dei Quasar è stata controversa fino ai primi anni 80, ora vi è consenso scientifico sul considerarli una piccola regione compatta che circonda il centro di una galassia massiccia, costituito da un buco nero supermassiccio.
Sono noti circa 200.000 quasar, con spostamento verso il rosso o redshift (vedi nota poche righe sopra) compreso tra z=0.056 e z=7.085, che implica distanze piuttosto elevate, tanto che il quasar più luminoso visto dalla Terra, il 3C 273, ha magnitudine apparente di appena m=12.8.
Nonostante tali enormi luminosità, le dimensioni dei quasar sono confrontabili con quelle del Sistema Solare, e comunque non più grandi di pochi
anni luce (1.016 m).
Tenetevi forte ora, che diamo l'idea della potenza di questo mostro galattico.
Date queste premesse, se l'interpretazione cosmologica è giusta,
l'enorme energia emessa e le violente fiammate di un quasar sono totalmente inimmaginabili per la mente umana.
Un quasar di dimensioni medie potrebbe incenerire l'intero Sistema Solare da una distanza di qualche decina di anni luce ed emettere, considerando uno stesso intervallo di tempo, mediamente un'energia 1.000 volte superiore a quella prodotta dall'intera Via Lattea.
Avete letto bene il precedente capoverso? Sicuri? Rileggetelo ancora, lentamente, per comprendere la potenza di questo
"mostro cosmico", una potenza per noi davvero al di là di ogni possibilità.
L'altro aspetto caratteristico, evidente fin dalle prime osservazioni, è che i quasar hanno uno spettro notevolmente esteso su tutte le frequenze, dai raggi gamma, ai raggi X al lontano infrarosso e, per il 10% dei quasar noti, fino alle frequenze radio. Molti quasar mostrano inoltre anche un eccesso ultravioletto, emettendo in tale stretta banda la stessa energia che emettono in tutte le altre bande.
Nel febbraio del 2015 gli astronomi dell’università di Pechino, in Cina, individuano
un enorme Buco Nero, nello specifico
un quasar (
buchi neri super massicci al centro delle galassie circondati da gas surriscaldato luminescente), all’incredibile distanza di
12 miliardi di AL. Si tratta di uno dei più giovani buchi neri mai individuati in quanto l’immagine che di esso noi ora guardiamo, proveniente dall’alba dei tempi, è relativa a solo 800 milioni di anni dopo il
Big Bang.
Sempre secondo i ricercatori, il gigantesco buco nero avrebbe
la stessa massa di ben 12 miliardi di soli. Il fatto che il quasar mostri quella forma dopo neanche 1 miliardo di anni a seguito del Big Bang
ha stupito gli astronomi in quanto questi hanno sempre creduto che i buchi neri super massicci si creino attraverso un processo molto lento e aspirando gas e materia stellare nel corso di centinaia di milioni di anni. Un fatto ancora inconcepibile pensando che quello che si sta osservando è il nostro Universo quando aveva solo 900 milioni di anni. Bisognerà dunque rivedere tutto ciò che si sapeva riguardo alle fasi di formazione iniziale di buchi neri super massicci.
Altro numero enorme:
il buco nero emette un bagliore 420.000 miliardi di volte più luminoso di quello del nostro Sole (
il bagliore non viene emesso dal buco nero in sé ma dal processo di aspirazione che crea un calore estremo alla superficie dell’orizzonte degli eventi espellendo bagliori di luce prima che questi ultimi lo attraversino, come ho spiegato all'inizio). O anche, il quasar è
circa 40.000 volte più brillante del bagliore totale emesso dalla Via Lattea.
Numeri e situazioni impossibili da immaginare.
Nonostante l’incredibile luminosità, l’oggetto è apparso agli astronomi di primo acchito come uno dei tanti oggetti luminosi lontani miliardi di AL o di fronte ad una delle tante stelle. Nel momento in cui hanno analizzato in dettaglio la luce si sono accorti che l’oggetto luminoso si allontanava da noi ad una velocità molto maggiore di tutti gli altri oggetti. A questo punto hanno compreso, dato che l’Universo si trova in un’espansione accelerata (vedi
post Big Bang), di trovarsi di fronte ad un oggetto lontanissimo, circa
12 miliardi di AL, e dalla
luminosità fortissima, ossia un quasar.
Nel titolo però avete visto comparire un'altra parola forse mai incontrata prima: il Blazar. Cos'è?
Questa rappresentazione artistica mostra un Buco Nero supermassiccio galattico che sta lanciando un getto iperveloce nello Spazio. Sono molto comuni nelle gigantesche galassie ellittiche che spesso rappresentano l’unione di galassie precedenti. I nuclei galattici attivi non presentano sempre i getti, ma quando lo fanno essi possono essere diretti in ogni direzione, secondo la configurazione geometrica della galassia. Se la direzione è propria quella della Terra, prendono il nome di Blazar.
I
Blazars
(dall'inglese:
blazing quasi-stellar object = oggetto quasi-stellare sfolgorante) sono
tra i fenomeni più energetici luminosi e violenti dell’Universo, sono buchi neri supermassicci galattici che si stanno alimentando con materiale che gli orbita attorno.
Quando la materia cade nel buco nero c'è una violenta attività di questi "getti relativistici" di particelle energetiche che si muovono all'interno di 2 coni perpendicolari al disco di accrescimento (la zona dove la materia si accumula vorticando intorno al buco nero diventando molto luminosa).
L’elevata emissione registrata sottoforma di raggi-X e raggi-gamma, l’intensa emissione radio e la variabilità estrema sono spiegati come un caso fortuito di allineamento di uno dei due getti con la linea di vista.
Mentre la materia cade verso di loro, parte dell’energia viene rilasciata sotto forma di “getti” (detti
getti relativistici) che raggiungono
velocità prossime a quella della
luce. Appartengono alla più grande famiglia degli
AGN (Nuclei Galattici Attivi),
ma hanno la caratteristica di puntare i loro getti esattamente verso di noi, verso la Terra.
Le caratteristiche dei Blazar sono quindi:
- emettono una radiazione di alta energia, principalmente raggi-gamma, che risulta centinaia di milioni di volte superiore a quella che è in grado di rivelare l’osservatorio per raggi-X Chandra
- l’emissione totale varia drammaticamente con il tempo
- l'estrema luminosità nella banda radio
- il getto punta diritto verso la Terra
Vedere un blazar non è quindi facile e ci vuole una buona dose di fortuna poichè essi appaiono come flash di difficile natura ed estrema brevità per poter essere studiati.
Tuttavia, a causa della moltitudine di galassie attive esistenti nell’Universo, sono anch’essi molto numerosi. Poter studiare i getti galattici, sotto questa favorevole direzione, aiuta molto a capire la loro origine e l’intera evoluzione delle galassie.
I blazars non sono un gruppo omogeneo e si possono dividere in due tipi:
- i quasar altamente variabili, qualche volta chiamati
quasar ottici violentemente variabili (OVV), che sono solo una piccola porzione tra tutti i quasar
- gli oggetti del tipo
BL Lacertae.
Alcuni oggetti rari possono essere considerati “blazar intermedi”, i quali sembrano avere sia proprietà degli OVV che proprietà dei BL Lacertae. Il nome “blazar” è stato coniato nel 1978 dall'astronomo Ed Spiegel per indicare la combinazione di queste due classi di oggetti.
I "Blazars" si chiamano così perché il primo oggetto di questo tipo scoperto era "BL Lac.", cioè un oggetto catalogato "BL" nella costellazione della Lucertola (Lacerta).
Ed ora riporto la risposta di un utente direttamente dal web, che trovo molto utile per aiutarci a capire
che succede quando qualcosa cade in un buco nero.
Da un buco nero non possiamo ricevere nessuna informazione fuorché la gravità, difatti un buco nero è del tutto invisibile, e la sua presenza viene rivelata dai suoi effetti sulle stelle circostanti (questo discorso mi ricorda un po' quello fatto per il fenomeno della 'lente gravitazionale', post Dark Matter). PERO'
se qualcosa cade dentro un buco nero, lo fa accelerando sino a quasi la velocità della luce prima di sparire dentro e diventare invisibile. Gli immediati dintorni del buco nero saranno quindi sede di turbolenze spaventose.
Quindi, se non ci cade dentro niente, è invisibile.
Ma se ci cade dentro qualcosa, data la sua piccolezza (un buco nero di milioni di masse solari è poco più grande del Sole) la materia spiraleggiando a molte decine di migliaia di km al secondo farà attriti e collisioni violentissime, scaldandosi a milioni di gradi, inducendo addirittura reazioni termonucleari, il tutto prima di entrare nel buco nero.
Quindi noi vediamo non il buco nero, ma lo spaventoso "gorgo" che fa la materia (gas interstellare) cadendoci dentro. Durante la caduta, buona parte dell'energia cinetica dovuta alla velocità, per gli attriti e l'emissione, viene trasformata ed emessa. Quando la materia varca l'OdE non ha velocità "c" ma inferiore. "c" è la velocità necessaria per sfuggire, ma non è la velocità con la quale un corpo, appunto violentemente frenato dagli attriti, varchi l'OdE.
Facciamo un esempio per noi comprensibile: una capsula al rientro cadrebbe sulla Terra alla velocità di fuga, ma l'attrito trasforma l'energia in calore, e la capsula cade con velocità inferiore. Cadrebbe con velocità = velocità di fuga se non incontrasse frenamenti di sorta.
Quando la materia dei dintorni è caduta tutta nel buco nero, la sorgente di energia si esaurisce, il Blazar (od il Quasar, secondo i casi) si spegne, e resta "quieto".
Per concludere questo affascinante argomento, alcune foto stimolanti.
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buchi neri attivi rilevati istantaneamente in galassie che si fondono |
Tutto ciò è veramente molto interessante. Le immense ed inimmaginabili proporzioni spaziali sono sempre motivo di affascinanti emozioni!
RispondiEliminagrazie; a causa di problemi tecnici nelle notifiche, ti rispondo solo ora, e lo faccio anche a rischio di fare evidentemente una figuraccia peggiore che a stare zitto. Ma non posso non ringraziarti del prezioso commento. Ognuno di questi post richiede un enorme lavoro di preparazione, dove in parte sfrutto il materiale già presente sul web e in parte aggiungo del mio. Quindi ogni commento che arriva merita attenzione e rispetto. Mi scuso profondamente per non averti potuto rispondere prima e Grazie!!
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