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Rivelata una simmetria notevole nei getti dei buchi neri

I dati raccolti dal satellite Swift e dal telescopio spaziale Fermi hanno dimostrato una simmetria notevole nei getti lanciati dai buchi neri attivi ad alta velocità indipendentemente da massa o età.

Scritto da Hoda Arabshahi il 15.12.2012

Gli astronomi della Nasa che studiano i dati raccolti dal satellite Swift e dal telescopio spaziale Fermi hanno dimostrato una simmetria notevole nei getti lanciati dai buchi neri attivi ad alta velocità indipendentemente da massa o età.

I buchi neri sono corpi celesti che si formano o dalla morte delle stelle o che si trovano al centro delle galassie – con masse di miliardi di volte il nostro sole. Un nuovo studio utilizzando i dati raccolti dal satellite Swift della NASA e dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi dimostrano che i getti lanciati dai buchi neri attivi ad alta velocità possiedono le somiglianze fondamentali indipendentemente da massa, età o luogo in cui si trovano.

“Quello che stiamo osservando è che una volta che un buco nero produce un getto, la stessa frazione fissa di energia genera la luce a raggi gamma che si osserva con Fermi e Swift,” ha dichiarato Rodrigo Nemmen, ricercatore del programma post-dottorale (NPP) del Centro di Volo Spaziale di Goddard della Nasa, Maryland.

Il gas che cade verso un buco nero si muove a spirale verso l’interno e si accumula  in un disco di accrescimento- una struttura formata da materiale che cade in una sorgente di campo gravitazionale-  dove si comprime e si riscalda.

UFO: ultra-fast outflows, getti superveloci che fuoriescono da un buco nero galattico. Ricostruzione artistica, crediti: ESA/AOES Medialab

UFO: ultra-fast outflows, getti superveloci che fuoriescono da un buco nero galattico. Ricostruzione artistica, crediti: ESA/AOES Medialab

In prossimità del bordo interno del disco, sul limite dell’orizzonte degli eventi del buco nero – un punto di non ritorno – un po’ del materiale viene accelerato e viene emesso attraverso una coppia di getti che scorre in direzioni opposte sull’asse di rotazione del buco nero. Questi getti contengono particelle che si muovono quasi alla velocità della luce e che producono i raggi gamma – la forma più energetica di luce – quando interagiscono.

“Noi non capiamo precisamente come accade questo processo di accelerazione, ma nelle galassie attive possiamo osservare i getti che hanno prodotto nuvole di gas che si estendono per milioni di anni luce”, ha dichiarato Sylvain Guiriec, un altro ricercatore di NPP e un co-autore dello studio i cui risultati sono stati pubblicati sul numero del 14 dicembre della rivista scientifica Science.

All’altra estremità della scala ci sono esplosioni di raggi gamma, anche detti lampi gamma (GRB), considerate le esplosioni più potenti dell’universo. Gli astronomi ritengono che il tipo più comune di GRB corrisponde alla morte di una stella massiccia e alla nascita di un buco nero di massa stellare – un buco nero che si forma dal collasso gravitazionale di una stella massiccia con 20 o più masse solari.

Quando il nucleo di produzione di energia della stella esaurisce la propria riserva di combustibile, crolla e forma un buco nero. Si formano un disco di accrescimento del buco nero e i caratteristici getti.

Le particelle in alcuni getti di GRB sono state cronometrate ad una velocità pari al 99,9% della velocità della luce. Quando il getto supera la superficie della stella, produce un impulso di raggi gamma tipicamente di pochi secondi. I satelliti come Swift e Fermi sono in grado di rilevare questa emissione se il getto si dirige approssimativamente verso di noi.

Per cercare una tendenza in un range di masse, gli scienziati hanno esaminato la scala galattica equivalente ai getti di GRB. Questi getti provengono dalle più luminose classi di galassie attive, quasar e blazar – in quest’ultimo caso si tratta di una sorgente altamente energetica, variabile e molto compatta associata a un buco nero supermassiccio che si trova al centro della galassia ospitante.

Per emettere la stessa quantità di energia emessa da un blazar tipico in un secondo, il Sole dovrebbe brillare per 317 mila anni. Per uguagliare l’energia di un GRB di dimensioni medie in un secondo, il Sole dovrebbe brillare per 3 miliardi di anni.

In definitiva, il team ha esaminato i 54 GRB e i 234 blazar e quasar. La luminosità di raggi gamma ottenuta con i telescopi spaziale Fermi e Swift e da altri osservatori ha fornito i dati che mostrano quanta luce irradiano i getti. Le osservazioni alle onde radio e ai raggi X hanno permesso agli scienziati di determinare la potenza di accelerazione di particelle in ogni getto. Analizzando come queste due proprietà sono correlate tra loro, i ricercatori hanno scoperto che i campioni di GRB e quelli di blazar dimostrano lo stesso rapporto.

La scoperta semplifica la comprensione degli astronomi sui buchi neri, dimostrando che la loro attività è governata dalle stesse regole – indipendente da massa, età, luminosità del getto ed energia. I getti si inseriscono nelle frazioni simili – tra il 3 e il 15 per cento – dell’energia assorbita dal movimento delle loro particelle accelerate per alimentare l’emissione di raggi gamma e le altre forme di luce.

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