sabato, Ottobre 24, 2020
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    Forse trovata la prova che i buchi neri supermassicci si formarono per collasso diretto nell’universo primordiale

    Sulla formazione degli antichissimi buchi neri supermassicci nati nei primi giorni dell'universo gli scienziati si interrogano da tempo

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    origine dei buchi neri super massicci risalenti agli inzi dell'universo

    I buchi neri super-massivi (SMBH) sono difficili da spiegare. Si pensa che questi singolari gargantues stiano al centro di ogni grande galassia (la nostra Via Lattea ne ha uno, ad esempio), ma la loro presenza a volte sfugge a una facile spiegazione. Per quanto ne sappiamo, i buchi neri si formano quando le stelle giganti collassano. Ma questa spiegazione non si adatta a tutte le prove.

    La teoria del collasso stellare fa un buon lavoro per spiegare la maggior parte dei buchi neri. In questa teoria, una stella almeno cinque volte più massiccia del nostro Sole verso la fine della sua vita comincia a rimanere senza carburante. Poiché la pressione verso l’esterno della fusione nucleare di una stella è ciò che la sostiene contro la gravità interna della sua stessa massa, succede qualcosa quando la stella esaurisce il carburante e l’equilibrio viene a mancare.

    La stella subisce un’esplosione detta di ipernova, quindi collassa su se stessa. Ciò che rimane è un buco nero. Gli astrofisici pensano che gli SMBH si formino in questo modo e crescano fino alle loro enormi dimensioni essenzialmente “nutrendosi” di altra materia. Si gonfiano di dimensioni e stanno al centro della loro gravità come un ragno che si ingrassa nel mezzo della sua tela.

    Il problema con questa spiegazione è che ci vuole molto tempo perché ciò accada.

    L'impressione di questo artista mostra i dintorni di un buco nero supermassiccio, tipico di quello che si trova nel cuore di molte galassie. Il buco nero stesso è circondato da un brillante disco di accrescimento di materiale molto caldo, che incide e, più lontano, un toro polveroso. Ci sono anche getti di materiale ad alta velocità espulsi sui poli del buco nero che possono estendere enormi distanze nello spazio. Credito immagine: da ESO / L. Calçada - Sito Web ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39626793
    L’impressione di questo artista mostra i dintorni di un buco nero supermassiccio, come quelli che si trovano nel cuore di molte galassie. Il buco nero stesso è circondato da un brillante disco di accrescimento di materiale molto caldo e, più lontano, da un toro polveroso. Ci sono anche getti di materiale ad alta velocità espulsi sui poli del buco nero che possono estendersi per enormi distanze nello spazio. Credito immagine: da ESO / L. Calçada – Sito Web ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39626793

    Là fuori nell’Universo, gli scienziati hanno osservato alcuni SMBH che sono incredibilmente antichi. Nel marzo di quest’anno un gruppo di astronomi ha annunciato la scoperta di 83 SMBH che sono così antichi da sfidare ogni comprensione. Nel 2017 gli astronomi hanno scoperto un buco nero di 800 milioni di masse solari che era completamente formato già 690 milioni di anni dopo il Big Bang. insomma, esisteva ed era già completamente formato già nei primi giorni dell’universo, prima che potesse ingoiare abbastanza materia da giustificare la sua massa enorme.

    Molti di questi SMBH sono miliardi di volte più massicci del Sole. E, secondo le osservazioni, devono essersi formati nei primi 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Il problema è che questo tempo non è sufficiente per accordarsi con il modello della formazione tramite collasso stellare. Quindi, la domanda rivolta agli astrofisici è, come hanno fatto quei buchi neri a diventare così grandi in così poco tempo?

    Una coppia di ricercatori della Western University in Ontario, in Canada, pensa di aver capito e hanno proposto una nuova teoria chiamata “collasso diretto” che spiega questi SMBH incredibilmente antichi.

    Il loro articolo è intitolato “La funzione di massa dei buchi neri supermassicci nello scenario di collasso diretto ” ed è pubblicato su The Astrophysical Journal Letters. Gli autori sono Shantanu Basu e Arpan Das. Basu è un esperto riconosciuto nelle fasi iniziali della formazione stellare e dell’evoluzione del disco protoplanetario. È anche professore di astronomia alla Western University. Anche Das opera del Dipartimento di Fisica e Astronomia della Western.

    L'SMBH in questa immagine del Telescopio Subaru è di 13.05 miliardi di anni luce dalla Terra. Questi antichi SMBH hanno sfidato la nostra comprensione di come si formano i buchi neri. Immagine di credito: National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).
    L’SMBH in questa immagine del Telescopio Subaru è a 13.05 miliardi di anni luce dalla Terra. Questi antichi SMBH sfidano la nostra comprensione su come si formino i buchi neri. Credito: National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).

    La loro teoria del collasso diretto sostiene che gli antichi buchi neri super-massicci si sono formati molto rapidamente in periodi di tempo molto brevi. Poi improvvisamente, hanno smesso di crescere. Per spiegare questa cosa, hanno sviluppato un nuovo modello matematico. Secondo loro, il limite di Eddington, che indica il punto di equilibrio tra la forza radiativa esterna di una stella e la forza gravitazionale interna, gioca un ruolo decisivo.

    In questi buchi neri a collasso diretto, il limite di Eddington regola la crescita della massa, e i ricercatori dicono che questi antichi buchi neri possono persino superare quel limite di una piccola quantità, in quello che chiamano accrescimento super-Eddington. Quindi, a causa delle radiazioni prodotte da altre stelle e buchi neri, la loro crescita ad un certo punto si è fermata.

    I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un breve periodo di tempo in cui sono stati in grado di crescere velocemente e poi a un certo punto, a causa di tutte le radiazioni nell’universo create da altri buchi neri e stelle, la loro crescita si è arrestata“, spiega Basu in un comunicato stampa. “Questo è lo scenario del collasso diretto“.

    Si tratta di una prova indiretta dell’osservazione che i buchi neri provengono da collassi diretti e non da resti stellari“, ha detto Basu.

    Questa nuova teoria fornisce una spiegazione efficace per quello che è stato un problema spinoso in astronomia per qualche tempo. Basu ritiene che questi nuovi risultati possano essere usati insieme alle future osservazioni per capire la storia della formazione dei buchi neri estremamente massicci che esistono da tempi molto remoti nel nostro universo.

    fonti:

    2 COMMENTS

    1. Ma perché non potrebbero essersi formati dalla fusione di miriadi di buchi neri formatisi da chissà quante stelle giganti formatesi all’inizio dell’universo? Le stelle giganti durano poco tempo e chissà quante se ne son formate nei primissimi anni dell’universo…

    2. Non sono un astrofisico ma, se ho capito bene, il problema sta nel fatto che questi buchi neri sembrano essersi formati quando l’universo era giovanissimo, tra i 600 e gli 800 milioni di anni dopo il big bang. Questo fatto sarebbe incompatibile con l’ipotesi del normale collasso stellare perché le stelle hanno una vita molto più lunga. Per dirti, il nostro Sole ha circa 5 miliardi di anni e si suppone che vivrà per altrettanti 5 prima di esaurire il suo carburante. Stelle massicce come quelle che dovrebbero aver formato i buchi neri supermassicci (grandi miliardi di volte la massa del nostro Sole) vivono ancora di più, quindi si sta pensando alla teoria del collasso diretto. In definitiva, tra 600 ed 800 milioni di anni dopo il big bang non c’erano stelle in condizione di formare buchi neri supermassicci.

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