Astronomia

I getti di un buco nero sono causati dal campo magnetico del buco nero?

I getti di un buco nero sono causati dal campo magnetico del buco nero?

I getti a volte emessi da un buco nero derivano dal suo campo magnetico? Sembrerebbe che il campo magnetico di Giove tenda a essere concentrato ai poli, e immagino che questo possa estendersi anche ai buchi neri. Potevo vedere i campi concentrati vicino ai poli accelerare le particelle dentro o fuori dal buco nero ad alta velocità. Ho incluso un'immagine del campo magnetico di Giove di seguito:

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere_of_Jupiter#Role_of_Io

Sembra anche che il campo magnetico di un buco nero sia davvero molto forte: http://www.iflscience.com/space/magnetic-fields-can-be-strong-black-holes-gravity


Sembra che tu abbia un debole per collegare il campo magnetico generato da Giove a quello attorno a un buco nero (nota che un campo non "appartiene" a un oggetto) - le due cose sono completamente diverse, l'unica connessione è che i campi magnetici sono generato in entrambi i casi da correnti causate dal moto di particelle cariche.

Nel caso di Giove, il campo magnetico è (probabilmente) generato tramite un processo a dinamo, che coinvolge correnti che scorrono nel suo interno di idrogeno metallico.

Nel caso di un buco nero, quando il materiale viaggia verso l'interno, forma un disco di accrescimento attorno al buco nero (perché il momento angolare deve essere conservato), in cui il campo magnetico può essere generato e amplificato. La torsione delle linee del campo magnetico attorno all'asse di rotazione del buco nero poteva creare una sorta di imbuto magnetico allineato con l'asse di rotazione, lungo il quale le particelle cariche possono essere accelerate da un forte gradiente di campo magnetico. Le linee di campo non apparirebbero come quelle mostrate per Giove, sarebbero attorcigliate in una topologia elicoidale lungo l'asse di rotazione. Questo fa parte dell'effetto Blandford-Znajek, che non pretendo di comprendere correttamente.

Quindi la risposta alla tua domanda è forse, ma è molto un argomento di ricerca contemporanea.


Un'immagine dettagliata del campo magnetico di un buco nero può spiegare come la materia alimenta potenti getti

Il team che nel 2019 ti ha portato la prima immagine di un buco nero offre ora una nuova svolta a quella vista iconica. Le linee sottili che si dirigono a spirale verso l'ombra del buco nero centrale nell'immagine sopra mostrano emissioni con diverse polarizzazioni, la direzione in cui vibrano le onde luminose. La luce è polarizzata se attraversa un campo magnetico, quindi le linee a spirale indicano le linee di torsione del campo magnetico vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero.

Come descrive oggi il team dell'Event Horizon Telescope (EHT) in un paio di articoli in Giornale Astrofisico, la nuova immagine utilizza gli stessi dati dell'immagine originale, prodotta da una serie di osservazioni nel 2017 del buco nero supermassiccio al centro della vicina galassia M87, utilizzando la potenza di raccolta combinata di otto radioosservatori in tutto il mondo. Per estrarre le informazioni sulla polarizzazione, i dati sono stati sottoposti a molti mesi di analisi aggiuntive.

Vedere il campo magnetico aiuterà gli astrofisici a risolvere un mistero duraturo: come la materia, risucchiata da un disco vorticoso attorno all'equatore del buco nero, possa a volte alimentare un potente getto di materia ed energia che fuoriesce dai suoi poli. Il buco nero di M87 ha un getto che si estende per 5000 anni luce dalla galassia. Il team EHT afferma che l'orientamento delle linee del campo magnetico suggerisce che aiutano a spingere la materia verso l'esterno, contro l'attrazione della gravità del buco nero, un processo che potrebbe incanalarne una parte verso il getto.

Daniele Clery

Daniele è Scienzacorrispondente senior nel Regno Unito, che si occupa di astronomia, fisica ed energia, nonché di politica europea.


L'elica a molla

Il jet di M87 è stato il primo mai scoperto. Heber Curtis lo osservò nel 1918: "un curioso raggio dritto" che emanava dal centro di una nebbiosa macchia di luce che Curtis, un paio di anni dopo, contribuì a identificare come una galassia oltre la nostra. La possibilità teorica dei buchi neri - intoppi nel tessuto altrimenti liscio dello spazio-tempo - era stata immaginata solo due anni prima, ma ci sarebbero voluti 60 anni prima che Blandford e Znajek collegassero i buchi neri ai getti.

Erano un postdoc e uno studente laureato a Cambridge negli anni '70, quando i buchi neri erano nell'aria. Stephen Hawking lavorava in fondo al corridoio. Roger Penrose era a Londra, facendo la teoria del buco nero che alla fine gli sarebbe valso il Premio Nobel per la Fisica 2020. Gli astronomi stavano anche iniziando a prendere sul serio i buchi neri, con osservazioni che suggerivano che la sorgente di raggi X Cygnus X-1 fosse un tale oggetto.

I getti che emergono dalla galassia Cygnus A creano enormi blob interstellari, visibili qui nelle onde radio. NRAO/AUI/NSF

Blandford e Znajek erano concentrati sulla sconcertante pletora delle cosiddette doppie sorgenti radio: enormi, luminosi blob che emettono radio posizionati su entrambi i lati di galassie lontane. Le teorie abbondavano su cosa potessero essere. Blandford e Znajek, immersi nella loro sfera d'influenza del buco nero, si sono convertiti presto alla risposta corretta: le bolle eruttano dalle estremità dei getti che escono in direzioni opposte da un grande buco nero al centro della galassia.

Gli astrofisici alla fine confermerebbero che i buchi neri supermassicci, in effetti, ancorano le galassie, ma all'epoca Blandford e Znajek stavano speculando, non solo sulla presenza di buchi neri, ma anche sulle loro capacità di generare getti. "Il problema di base è che hai bisogno di una fonte di energia", ha detto Blandford, che ora è professore alla Stanford University, in una videochiamata.

Il matematico Roy Kerr aveva risolto le equazioni per un buco nero rotante nel 1963, mostrando che il buco, mentre gira invisibilmente, trascina con sé il tessuto dello spazio-tempo. Poi Roger Penrose ha dimostrato che i buchi neri rotanti possono rallentare e che così facendo trasformano la loro energia rotazionale in qualcos'altro. "Entrambi abbiamo capito il processo di Penrose", ha detto Blandford, che ha dimostrato che i buchi neri "non sono membrane unidirezionali, per così dire è possibile estrarre l'energia di spin. Abbiamo mostrato un modo per farlo con i campi elettromagnetici".

Sapevano che un grande buco nero al centro di una galassia, a causa della sua enorme gravità, attirerà una grande quantità di gas interstellare. Il gas cadrà verso il buco nero e ruoterà attorno ad esso, formando un "disco di accrescimento". Il gas si surriscalda, diventando così caldo che gli atomi perdono i loro elettroni, creando un plasma che trasporterà campi magnetici.

Roger Blandford (a sinistra) e Roman Znajek in foto rispettivamente del 1974 e del 1977, quando erano giovani ricercatori dell'Università di Cambridge. Per gentile concessione di Roger Blandford Edward Leigh / Prevosto e studiosi del King's College tramite gentile concessione di Roman Znajek

Con le equazioni di Kerr in mano, Blandford e Znajek hanno mostrato che quando le linee del campo magnetico dal disco di accrescimento cadono sul foro rotante, la rotazione del buco nero avvolgerà le linee del campo in un'elica orientata lungo l'asse di rotazione del buco. I campi magnetici in movimento generano una tensione, quindi una corrente di elettroni e positroni inizierà a fluire attraverso l'elica allontanandosi dal buco nero in entrambe le direzioni. Questo è il getto.

Nel 1977, la proposta di lancio del jet di Blandford e Znajek sembrava funzionare sulla carta. "Solo proporre che questo potrebbe essere ciò che sta accadendo è stato un enorme passo avanti", ha detto Chen. Ma nessuno sapeva se fosse vero.


Più telescopi aiuteranno nelle future indagini sui buchi neri

Gli scienziati dell'EHT hanno utilizzato una rete globale di otto telescopi per catturare la loro prima immagine del buco nero di M87. Chael ha detto che il gruppo sta aggiungendo altri telescopi alla sua formazione nella speranza di raccogliere finalmente video.

Tali filmati potrebbero rivelare il movimento del buco nero mentre sputa particelle nello spazio.

"Mentre lancia materiale in questo jet, possiamo vedere la dinamica di ciò che sta accadendo?" ha detto Chael. "Possiamo tracciare filmati di materiale mentre viene espulso lungo queste linee di campo? Questo è uno dei grandi obiettivi nei prossimi anni".

Per lo meno, gli scienziati dovrebbero essere in grado di ottenere un'immagine più chiara del grande getto del buco nero, che si estende per diverse migliaia di anni luce. In questo momento, ha detto Chael, il getto appare debole nelle immagini mentre si allontana dal buco nero.

"Qualcosa che vorremmo davvero essere in grado di fare è vedere la base del jet nell'immagine", ha detto Chael. "Se avessimo qualche altro telescopio nel nostro schieramento, dovremmo essere in grado di vederlo".


Una nuova straordinaria immagine del buco nero rivela i campi magnetici circostanti

La collaborazione Event Horizon Telescope, che ha rilasciato la prima immagine al mondo di un buco nero nel 2019, ha svelato mercoledì una nuova vista che mostra come appare l'oggetto al centro della galassia M87 in luce polarizzata. Collaborazione EHT nascondi didascalia

La collaborazione Event Horizon Telescope, che ha rilasciato la prima immagine al mondo di un buco nero nel 2019, ha svelato mercoledì una nuova vista che mostra come appare l'oggetto al centro della galassia M87 in luce polarizzata.

Due anni dopo aver prodotto la prima immagine in assoluto di un buco nero, un team internazionale di ricercatori ha rilasciato una visione aggiornata dei campi magnetici che lo circondano - uno sviluppo che dicono li avvicina di un passo alla comprensione della capacità della galassia M87 di "lanciare energia getti dal suo nucleo."

L'Event Horizon Telescope ha dichiarato in un comunicato che più di 300 ricercatori hanno collaborato al progetto e i loro risultati sono stati pubblicati mercoledì in due articoli separati in Il Giornale Astrofisico.

Per la prima volta, gli scienziati dell'EHT hanno mappato i campi magnetici attorno a un buco nero usando onde di luce polarizzata. Con questa svolta, abbiamo compiuto un passo cruciale nella risoluzione di uno dei più grandi misteri dell'astronomia.
Credito: Collaborazione EHT#MagnetizedBlackHole #EHTBlackHole pic.twitter.com/sey42kAMSx

&mdash Event Horizon 'Scope (@ehtelescope) 24 marzo 2021

Gli scienziati dell'EHT hanno affascinato il mondo nell'aprile 2019 quando hanno pubblicato un'immagine del buco nero supermassiccio al centro della galassia Messier 87, che si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra. L'immagine drammatica mostra una regione centrale scura delineata da una struttura ad anello luminosa, che gli scienziati descrissero all'epoca come "emissione di gas caldo che vorticava intorno ad essa sotto l'influenza di una forte gravità vicino al suo orizzonte degli eventi", riferendosi al confine che segna il limiti del buco nero. La nuova immagine cattura la stessa vista in luce polarizzata, con strisce di luce dai colori vivaci corrispondenti al suo campo magnetico.

"Ora stiamo vedendo la prossima prova cruciale per capire come si comportano i campi magnetici attorno ai buchi neri e come l'attività in questa regione molto compatta dello spazio può guidare potenti getti che si estendono ben oltre la galassia", ha affermato Monika Mościbrodzka, coordinatrice del EHT Polarimetry Working Group e professore alla Radboud Universiteit nei Paesi Bassi.

Getti luminosi di energia e materia emergono dal nucleo di M87 e si estendono per almeno 5.000 anni luce dal suo centro, secondo EHT. La maggior parte della materia che giace vicino al bordo del buco nero cade dentro, ma alcune delle particelle circostanti riescono a fuggire e ad essere lanciate lontano nello spazio sotto forma di getti, un processo che ha incuriosito a lungo i ricercatori.

Gli astronomi stanno ancora lavorando per capire come i getti più grandi della galassia stessa vengano lanciati dal buco nero al suo interno. L'immagine appena rilasciata del buco nero e la sua ombra in luce polarizzata consente loro di esaminare per la prima volta la regione piena di attività appena fuori dal buco nero, hanno detto i ricercatori.

"Questo lavoro è una pietra miliare: la polarizzazione della luce trasporta informazioni che ci consentono di comprendere meglio la fisica dietro l'immagine che abbiamo visto nell'aprile 2019, cosa che prima non era possibile", ha affermato Iván Martí-Vidal, coordinatore dell'EHT Polarimetry Working Gruppo e ricercatore presso l'Universitat de València spagnola.

Proprio come gli occhiali da sole polarizzati possono aiutare le persone a vedere meglio riducendo i riflessi e l'abbagliamento, hanno spiegato i ricercatori, "gli astronomi possono affinare la loro visione della regione intorno al buco nero osservando come la luce proveniente da lì è [polarizzata]". Con queste nuove informazioni, possono mappare le linee dei campi magnetici sul bordo interno del buco nero per comprenderne meglio la struttura.

Con queste nuove scoperte, il team sta ora puntando al ruolo del gas fortemente magnetizzato, ha detto EHT.

Jason Dexter, coordinatore dell'EHT Theory Working Group e professore all'Università del Colorado Boulder, ha affermato che le nuove osservazioni indicano che i campi magnetici ai margini del buco nero sono abbastanza forti da "respingere il gas caldo e aiutarlo resistere alla forza di gravità."

Spazio

La Terra vede la prima immagine di un buco nero

"Solo il gas che scivola attraverso il campo può spiraleggiare verso l'interno verso l'orizzonte degli eventi", ha detto Dexter.

La prima immagine polarizzata di un buco nero è il prodotto di otto telescopi collegati tra loro in tutto il mondo per creare il telescopio virtuale delle dimensioni della Terra e anni di lavoro che coinvolgono "tecniche complesse" per ottenere e analizzare i dati, secondo i ricercatori. E, dicono, è solo l'inizio.

Dominic Pesce, ricercatore presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Mass., ha affermato che le osservazioni future consentiranno ai ricercatori di studiare come cambia la struttura del campo magnetico nel tempo. Nel frattempo, l'EHT stesso continuerà ad espandersi.

"Anche ora stiamo progettando un EHT di prossima generazione che ci consentirà di realizzare i primi film sui buchi neri", ha affermato Sheperd Doeleman, direttore fondatore dell'EHT. "Rimani sintonizzato per il vero cinema del buco nero."


Pubblicata un'altra splendida foto del buco nero. Questo getta nuova luce sulle sue "abitudini alimentari".

Per la prima volta, l'immagine di un buco nero è stata svelata dall'Event Horizon Telescope, ma non è quello che si potrebbe pensare. Ecco perché. USA OGGI

Momenti salienti della storia

  • Questa nuova foto mostra il buco nero attraverso la luce polarizzata.
  • I campi magnetici sono un elemento chiave per comprendere le abitudini alimentari dei buchi neri.
  • Il buco nero si trova a circa 55 milioni di anni luce da noi, al centro della galassia M87.

La famosa prima foto di un buco nero ha ricevuto un aggiornamento.

In una nuova ricerca pubblicata mercoledì, gli astronomi hanno rilasciato una nuova foto del buco nero supermassiccio che si trova a circa 55 milioni di anni luce da noi al centro della galassia M87. Questa foto mostra il buco nero attraverso la luce polarizzata, che consente ai ricercatori di vedere il suo campo magnetico vorticoso.

"Con questa svolta, abbiamo compiuto un passo cruciale nella risoluzione di uno dei più grandi misteri dell'astronomia", hanno twittato mercoledì gli scienziati dell'Event Horizon Telescope.

Secondo l'European Southern Observatory, i buchi neri supermassicci "si nutrono" principalmente di grandi quantità di gas e polvere.

La coautrice dello studio Monika Moscibrodzka della Radboud University nei Paesi Bassi, in una dichiarazione, ha affermato che "ora stiamo vedendo la prossima prova cruciale per capire come si comportano i campi magnetici attorno ai buchi neri e come l'attività in questa regione molto compatta dello spazio può guidare potenti getti che si estendono ben oltre la galassia."

La luce diventa polarizzata quando passa attraverso determinati filtri, simili alle lenti degli occhiali da sole polarizzati, o quando viene emessa in regioni calde dello spazio dove sono presenti campi magnetici, secondo la ricerca.

Allo stesso modo in cui gli occhiali da sole polarizzati ci aiutano a vedere meglio riducendo i riflessi e l'abbagliamento dalle superfici luminose, gli astronomi possono affinare la loro visione della regione intorno al buco nero osservando come viene polarizzata la luce che ne deriva.

Questa nuova foto mostra il buco nero attraverso la luce polarizzata, che consente ai ricercatori di vedere il suo campo magnetico vorticoso. (Foto: collaborazione EHT)

Nello specifico, la polarizzazione consente agli astronomi di mappare le linee del campo magnetico presenti sul bordo interno del buco nero.

Nell'aprile 2019, gli scienziati hanno rilasciato la prima immagine in assoluto di un buco nero, rivelando una struttura luminosa simile ad un anello con una regione centrale scura: l'ombra del buco nero. Da allora, hanno approfondito i dati sull'oggetto supermassiccio e hanno scoperto che una frazione significativa della luce attorno al buco nero è polarizzata.

"Questo lavoro è una pietra miliare: la polarizzazione della luce trasporta informazioni che ci consentono di comprendere meglio la fisica dietro l'immagine che abbiamo visto nell'aprile 2019, cosa che prima non era possibile", ha affermato il coautore dello studio Iván Martí-Vidal dell'Università di Valencia, Spagna.

Un'altra coautrice dello studio, Sara Issaoun, studentessa di dottorato in astrofisica presso la Radboud University nei Paesi Bassi, ha detto alla CNN che "la luce polarizzata ci parla dei campi magnetici vicino al buco nero, quanto sono forti e come collegano l'accrescimento del buco nero ( abitudini alimentari) e il getto di plasma che è in grado di espellere dall'intera galassia.

"I campi magnetici sono un elemento chiave per comprendere i processi del gas e le abitudini alimentari dei buchi neri, e questa è la prima volta che siamo in grado di vederli in azione così vicino all'orizzonte degli eventi di un buco nero", ha detto.

Secondo l'European Southern Observatory, i buchi neri supermassicci "si nutrono" principalmente di grandi quantità di gas e polvere.

Due studi sulla ricerca, con il contributo di oltre 300 ricercatori in tutto il mondo, sono stati pubblicati mercoledì su The Astrophysical Journal Letters.


Sono stati visti potenti campi magnetici nello spazio piegare getti di buchi neri

In un ammasso di galassie chiamato Abell 3376, a circa 600 milioni di anni luce dalla Terra, una galassia ha un buco nero supermassiccio attivo, che divora la materia a un ritmo furioso e un processo che fa esplodere potenti getti di plasma centinaia di migliaia, a volte anche milioni , di anni luce nello spazio intergalattico.

Gli astronomi hanno ora scoperto che, a una certa distanza dal buco nero, questi getti vengono piegati ad angolo retto da potenti campi magnetici intergalattici.

Quella galassia si chiama MRC 0600-399 e i suoi getti erano già noti per la loro forma bizzarra e piegata.

Ma questa nuova ricerca supporta l'idea che questo sia il risultato di complessi campi magnetici generati dalle interazioni tra le galassie dell'ammasso e il mezzo intergalattico.

I campi magnetici all'interno dell'ammasso possono rivelare molto sugli ammassi di galassie, come il modo in cui crescono e l'impatto che hanno sugli ammassi stessi. Tuttavia, questi campi magnetici sono difficili da osservare direttamente.

Questa nuova scoperta suggerisce un modo per studiarli.

Quando qualcosa interagisce con un campo magnetico, è possibile distinguere i dettagli e, a quanto pare, i getti di buchi neri possono delineare magnificamente i campi magnetici.

I getti blackhole sono strutture affascinanti. Nulla di ciò che possiamo attualmente rilevare può sfuggire a un buco nero una volta che ha superato la soglia di prossimità critica, ma non tutto il materiale nel disco di accrescimento che vortica di materiale in un buco nero attivo finisce inevitabilmente oltre l'orizzonte degli eventi.

Una piccola frazione di esso viene in qualche modo incanalata dalla regione interna del disco di accrescimento ai poli, dove viene lanciata nello spazio sotto forma di getti di plasma ionizzato, a velocità una percentuale significativa della velocità della luce.

Gli astronomi pensano che il campo magnetico del buco nero abbia un ruolo in questo processo. Le linee del campo magnetico, secondo questo modello, agiscono come un sincrotrone che accelera il materiale prima di lanciarlo a una velocità tremenda. Da lì, questi getti altamente collimati, pensati per essere modellati da campi magnetici, possono estendere vaste distanze nello spazio intergalattico.

Sono rilevabili nelle lunghezze d'onda radio e ne abbiamo trovati alcuni. Ma la forma dei getti di MRC 0600-399 è davvero insolita, quindi un team internazionale di scienziati ha deciso di dare un'occhiata più da vicino, utilizzando il potente radiotelescopio MeerKAT in Sud Africa.

Equipaggiati con le nuove osservazioni, con una risoluzione molto più alta di quella ottenuta in precedenza, i ricercatori sono stati in grado di studiare i getti con dettagli senza precedenti.

Le immagini hanno mostrato che i getti si piegano ad angoli di quasi 90 gradi, come era stato osservato in precedenza. Sorprendentemente, tuttavia, le immagini mostrano anche regioni diffuse di emissione radio su entrambi i lati del punto in cui il getto si piega, creando una forma a T, che i ricercatori chiamano "doppia falce".

Successivamente, il team ha eseguito simulazioni per cercare di riprodurre la forma del jet. Hanno dimostrato che un getto di un buco nero che viaggia a velocità supersoniche e collidendo con uno strato curvo del campo magnetico che non potrebbe penetrare, potrebbe riprodurre la forma osservata dei getti MRC 0600-399.

Proprio come un flusso d'acqua che colpisce una superficie dura, questa collisione sarebbe caotica e disordinata.

Non è l'unica spiegazione. Un altro è che MRC 0600-399 potrebbe essere attualmente in fase di riflusso verso il centro di Abell 3376, dopo essere stato espulso a velocità supersonica.

La flessione dei getti potrebbe essere stata causata dalla pressione del pistone del gas intergalattico circostante. Anche se questo è il caso, tuttavia, non può spiegare tutte le caratteristiche dei getti piegati, comprese le strutture a doppia falce, quindi è probabile che sia ancora necessaria la presenza di un campo magnetico.

È una scoperta entusiasmante perché dimostra la presenza di campi magnetici forti e ben ordinati all'interno di ammassi di galassie, ambienti spesso complicati e trasandati. Questo potrebbe aiutare a comprendere meglio le dinamiche degli ammassi di galassie.

Mostra anche che i getti di buchi neri possono essere usati come uno strumento eccellente per comprendere i campi magnetici misteriosi e difficili da vedere nello spazio profondo.

E forse non meno importante, la ricerca potrebbe anche essere in grado di aiutare gli astronomi a capire meglio come i campi magnetici possono modellare e guidare i potenti getti di plasma che fuoriescono dai buchi neri supermassicci attivi.


Sono stati visti potenti campi magnetici nello spazio piegare getti di buchi neri

In un ammasso di galassie chiamato Abell 3376, a circa 600 milioni di anni luce dalla Terra, una galassia ha un buco nero supermassiccio attivo, che divora materia a un ritmo furioso - un processo che fa esplodere potenti getti di plasma centinaia di migliaia, a volte anche milioni, di anni luce nello spazio intergalattico.

Gli astronomi hanno ora scoperto che, a una certa distanza dal buco nero, questi getti vengono piegati ad angolo retto da potenti campi magnetici intergalattici.

Quella galassia si chiama MRC 0600-399 e i suoi getti erano già noti per la loro forma bizzarra e piegata.

Ma questa nuova ricerca supporta l'idea che questo sia il risultato di complessi campi magnetici generati dalle interazioni tra le galassie dell'ammasso e il mezzo intergalattico.

I campi magnetici all'interno dell'ammasso possono rivelare molto sugli ammassi di galassie, come il modo in cui crescono e l'impatto che hanno sugli ammassi stessi. Tuttavia, questi campi magnetici sono difficili da osservare direttamente.

Questa nuova scoperta suggerisce un modo per studiarli.

Quando qualcosa interagisce con un campo magnetico, è possibile distinguere i dettagli e, a quanto pare, i getti dei buchi neri possono delineare magnificamente i campi magnetici.

I getti di buchi neri sono strutture affascinanti. Nulla di ciò che possiamo attualmente rilevare può sfuggire a un buco nero una volta che ha superato la soglia di prossimità critica, ma non tutto il materiale nel disco di accrescimento che vortica di materiale in un buco nero attivo finisce inevitabilmente oltre l'orizzonte degli eventi.

Una piccola frazione di esso viene in qualche modo incanalata dalla regione interna del disco di accrescimento ai poli, dove viene lanciata nello spazio sotto forma di getti di plasma ionizzato, a velocità una percentuale significativa della velocità della luce.

Gli astronomi pensano che il campo magnetico del buco nero abbia un ruolo in questo processo. Le linee del campo magnetico, secondo questo modello, agiscono come un sincrotrone che accelera il materiale prima di lanciarlo a una velocità tremenda. Da lì, questi getti altamente collimati, pensati per essere modellati da campi magnetici, possono estendere vaste distanze nello spazio intergalattico.

Sono rilevabili nelle lunghezze d'onda radio e ne abbiamo trovati parecchi. Ma la forma dei getti di MRC 0600-399 è davvero insolita, quindi un team internazionale di scienziati ha deciso di dare un'occhiata più da vicino, utilizzando il potente radiotelescopio MeerKAT in Sud Africa.

Equipaggiati con le nuove osservazioni, con una risoluzione molto più alta di quella ottenuta in precedenza, i ricercatori sono stati in grado di studiare i getti con dettagli senza precedenti.

Le immagini hanno mostrato che i getti si piegano ad angoli di quasi 90 gradi, come era stato osservato in precedenza. Sorprendentemente, tuttavia, le immagini mostrano anche regioni diffuse di emissione radio su entrambi i lati del punto in cui il getto si piega, creando una forma a T, che i ricercatori chiamano ‘doppia falce’.

Successivamente, il team ha eseguito simulazioni per cercare di riprodurre la forma del jet. Hanno dimostrato che un getto di un buco nero che viaggia a velocità supersoniche e collidendo con uno strato curvo di campo magnetico che non potrebbe penetrare, potrebbe riprodurre la forma osservata dei getti MRC 0600-399’.

Proprio come un flusso d'acqua che colpisce una superficie dura, questa collisione sarebbe caotica e disordinata.

(Chibueze, Sakemi, Ohmura et al. Takumi Ohmura, Mami Machida, Hirotaka Nakayama, 4D2U Project, NAOJ)

Sopra: le strutture a getto piegate osservate da MeerKAT (a sinistra). Sulla destra ci sono simulazioni che mostrano come i campi magnetici potrebbero causare queste forme.

Non è l'unica spiegazione. Un altro è che MRC 0600-399 potrebbe essere attualmente in fase di riflusso verso il centro di Abell 3376, dopo essere stato espulso a velocità supersonica.

La flessione dei getti potrebbe essere stata causata dalla pressione del pistone del gas intergalattico circostante. Anche se questo è il caso, tuttavia, non può spiegare tutte le caratteristiche dei getti piegati, comprese le strutture a doppia falce, quindi è probabile che sia ancora necessaria la presenza di un campo magnetico.

È una scoperta entusiasmante perché dimostra la presenza di forti campi magnetici ben ordinati all'interno di ammassi di galassie, ambienti spesso complicati e trasandati. Questo potrebbe aiutare a comprendere meglio le dinamiche degli ammassi di galassie.

Mostra anche che i getti di buchi neri possono essere usati come uno strumento eccellente per comprendere i campi magnetici misteriosi e difficili da vedere nello spazio profondo.

E forse non meno importante, la ricerca potrebbe anche essere in grado di aiutare gli astronomi a capire meglio come i campi magnetici possono modellare e guidare i potenti getti di plasma che fuoriescono dai buchi neri supermassicci attivi.


I campi magnetici possono essere forti quanto la gravità dei buchi neri

I buchi neri supermassicci al centro della maggior parte delle galassie, compresa la nostra, hanno un'attrazione gravitazionale follemente forte. Oltre a consumare voracemente materia, producono anche getti di particelle ad altissima velocità che esplodono verso l'esterno. Ora, gli scienziati hanno scoperto che i campi magnetici, che sono sempre stati considerati una forza molto più debole, svolgono un ruolo inaspettato e impressionante nelle dinamiche dei buchi neri.

Dopo aver esaminato dozzine di buchi neri, un team guidato da Mohammad Zamaninasab del Max Planck Institute for Radio Astronomy ha scoperto che l'intensità del campo magnetico corrispondeva alla forza prodotta dalla potente attrazione dei buchi neri. È paragonabile in forza a quelli prodotti all'interno delle macchine per la risonanza magnetica negli ospedali: è circa 10.000 volte più grande del campo della Terra stessa.

Questa è la prima volta che qualcuno ha sistematicamente misurato la forza dei campi magnetici vicino ai buchi neri, secondo il coautore dello studio Alexander Tchekhovskoy del Lawrence Berkeley National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti in un comunicato stampa. “Questo è importante perché non ne avevamo idea, e ora abbiamo prove non solo da uno, non solo da due, ma da 76 buchi neri.” 

I modelli precedenti hanno suggerito che un buco nero potrebbe sostenere un campo magnetico forte quanto la sua gravità, ma non c'erano prove osservative a sostegno di questa previsione. Con le due forze in equilibrio, una nube di gas catturata al di sopra del campo magnetico verrebbe risparmiata dall'attrazione gravitazionale e dovrebbe semplicemente levitare sul posto.

L'intensità del campo magnetico è stata confermata dall'evidenza di getti di gas che si allontanano da buchi neri supermassicci, questi getti sono formati da campi magnetici e producono un'emissione radio. Ci siamo resi conto che l'emissione radio dei getti di un buco nero può essere utilizzato per misurare l'intensità del campo magnetico nelle immediate vicinanze del buco nero stesso, spiega Zamaninasab in un comunicato stampa.

Analizzando i dati preesistenti sulle emissioni radio, precedentemente raccolti utilizzando il Very Long Baseline Array, il team ha creato mappe delle emissioni radio a diverse lunghezze d'onda. Gli spostamenti nelle caratteristiche del getto tra le diverse mappe hanno permesso loro di calcolare l'intensità del campo vicino al buco nero. 

"I campi magnetici sono abbastanza forti da alterare drasticamente il modo in cui il gas cade nei buchi neri e il modo in cui il gas produce i deflussi che osserviamo, molto più forti di quanto di solito si presume", spiega Tchekhovskoy. 𠇍obbiamo tornare indietro e rivedere i nostri modelli.”


Nuova immagine

L'immagine del buco nero di M87 ha fornito un supporto schiacciante all'idea che i buchi neri supermassicci si annidano nel cuore della maggior parte (se non di tutte) le galassie. Sono il collante che tiene insieme le galassie e ne governa la dinamica e l'evoluzione. Ma esattamente come funzionano non è chiaro.

La nostra nuova immagine utilizza la luce polarizzata – onde luminose che oscillano in una sola direzione – prodotta dalla materia ai margini del buco nero. La luce non polarizzata è costituita da onde luminose che oscillano in molte direzioni diverse. La luce può diventare polarizzata se si muove attraverso regioni dello spazio molto calde che sono altamente magnetizzate. I forti campi magnetici presenti intorno al buco nero sono tali regioni e studiando le proprietà di questa luce polarizzata possiamo imparare molto di più sulla materia che l'ha prodotta.

La nostra nuova immagine polarizzata fornisce nuove prove convincenti di come i forti campi magnetici attorno ai buchi neri possono lanciare e sostenere getti concentrati di gas carico per migliaia di anni luce. Ora pensiamo che getti così altamente energetici e luminosi, che lanciano enormi quantità di materia nel mezzo intergalattico, siano collegati ai buchi neri attraverso questi forti campi magnetici.

Gli astronomi hanno invocato diversi modelli per spiegare come si comporta la materia vicino al buco nero per comprendere meglio questo processo di formazione dei getti, ma ancora non sanno esattamente come possono essere lanciati getti più grandi della galassia stessa dalla sua regione centrale, né come cade esattamente la materia nel buco nero. Ora scopriamo che solo modelli teorici caratterizzati da materia fortemente magnetizzata possono spiegare cosa si vede all'orizzonte degli eventi.

Le nostre osservazioni forniscono informazioni nuove e dettagliate sulla struttura dei campi magnetici appena fuori dal buco nero. Questo non solo ci avvicina alla comprensione di come vengono prodotti questi getti misteriosi e potenti, ma spiega anche come una materia ultra calda possa nascondersi al di fuori di un buco nero, resistendo alla sua gravità. Our research suggests that the magnetic fields are strong enough to push back on the hot gas and help it resist gravity's pull. Only the gas that slips through the field can start flowing inwards to the event horizon.

As exciting as these new polarised images of M87's black hole are, it is still only the beginning for the Event Horizon Telescope collaboration and the science of black hole imaging. We are already working on what the image of the black hole that resides in the centre of our own Galaxy would look like, which we hope to publish later this year. This is Sagittarius A*, or Sgr A*, our galaxy's supermassive black hole.

Compared to M87, this new image is much more challenging to obtain. We are looking at the black hole through our blurry, turbulent interstellar medium – there's a large amount of dust and gas in the way – making it significantly harder to take a clear picture. In the years to come, new telescopes will be added to the Event Horizon Telescope array, both on Earth, and eventually even in space, promising ever sharper images of black holes and providing a much more intimate understanding of these enigmatic entities.

There will be many more surprises in store. This is an exciting new era in humankind's exploration of strong gravity and the nature of space and time, and undoubtedly the best is yet to come.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.