I segnali radio veloci, o Fast radio burst, sono un vero e proprio rompicapo per gli astronomi. Questi segnali sono un fenomeno astrofisico ad alta energia che si manifesta come un impulso radio transitorio, con durata di pochi millisecondi e un’energia emessa pari a quella di mezzo miliardo di stelle come il nostro Sole. I Frb sono onde radio a banda larga non risolti. La loro provenienza è esterna alla Via Lattea.
Questi segnali, impossibili da prevedere, sono estremamente difficili da tracciare. Da quando gli astronomi si sono accorti di questo fenomeno astrofisico quasi tutti i segnali sono stati rilevati una sola volta e solamente tre di essi sono stati localizzati in un’unica galassia.
Un passo avanti è stato fatto in questi ultimi anni per quanto riguarda i segnali radio veloci o Frb “ripetitivi” anche se le ripetizioni del segnale non mostrano nessun modello riconoscibile. Nel 2017 un’altro tassello è andato al suo posto quando gli astronomi sono riusciti a rintracciare l’origine di uno dei segnali.
L’anno scorso grazie all’esperimento CHIME presso l’Osservatorio Astrofisico Radio Dominion (DRAO), una struttura per l’astronomia gestita dal National Research Council del Canada sono stati rilevati otto nuovi Frb ripetuti, tra di essi un segnale radio chiamato Frb 180916.J0158 + 65 che un team di astronomi ora è riuscito a rintracciare.
Il risultato è stato ottenuto utilizzando gli otto telescopi della European Very Long Baseline Interferometry Network. Grazie a questa poderosa macchina sono state condotte osservazioni in direzione di Frb 180916. J0158 + 65.
Durante il monitoraggio, durato cinque ore, gli astronomi hanno registrato quattro lampi che hanno permesso di ottenere l’origine del segnale, una galassia a spirale chiamata SDSS J015800.28 + 654253.0 che si trova a 500 milioni di anni luce dalla Terra, questo la rende la fonte conosciuta più vicina di questi misteriosi segnali.
“La posizione di questo oggetto è radicalmente diversa da quella del FRB ripetuto precedentemente localizzato, ma anche di tutti i FRB precedentemente studiati“, ha affermato l’astronomo Kenzie Nimmo dell’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi.
“Ciò attenua le differenze tra raffiche radio ripetute e non ripetute. Potrebbe essere che i FRB siano prodotti in un grande zoo di luoghi in tutto l’Universo e richiedano solo alcune condizioni specifiche per essere visibili“.
Il primo segnale ad essere localizzato è stato Frb 121102. Il segnale proveniva da una galassia nana povera di metalli distante dalla Terra oltre 3 miliardi di anni luce. Il segnale era distorto dall’effetto Faraday, che si verifica quando la radiazione elettromagnetica interagisce con un campo magnetico.
Proprio la presenza di questa distorsione ha suggerito che Frb 121102 deve essere stato emesso nei pressi del buco nero supermassiccio nel centro galattico, una regione di formazione stellare. Gli altri tre FRB non ripetitivi invece sono stati trovati in galassie molto più convenzionali e solo uno di loro era vicino a una regione di formazione stellare. Frb 180916, d’altro canto, non ha subito distorsioni dall’effetto Faraday quanto Frb 121102, indice che si trova lontano dal centro galattico.
“I molteplici lampi a cui abbiamo assistito nel primo Frb ripetuto scoperto, infatti, sono emersi da condizioni molto particolari ed estreme all’interno di una galassia nana”, ha spiegato l’astronomo Benito Marcote del Joint Institute for Vlbi Eric. “Questa scoperta ha rappresentato il primo pezzo del puzzle, ma ha anche sollevato più domande di quante ne avesse risolte, ad esempio se ci fosse una differenza fondamentale tra Frb ripetitivi e non. Ora, abbiamo localizzato l’origine di un secondo Frb ripetuto, che mette in discussione le nostre precedenti ipotesi su quale potrebbe essere la fonte di queste esplosioni”.
Fin dalle prime notizie giunte sugli Frb non è mancato chi ne ha proposto una spiegazione “aliena” definendo gli Frb segnali radio inviati da civiltà extraterrestri, possibilità certamente intrigante ma poco probabile vista la potenza del segnale stesso.
La comunità scientifica, dal canto suo, ritiene che ci siano una vasta gamma di possibilità per spiegare il fenomeno, stelle di neutroni, buchi neri, pulsar con stelle compagne, stelle blitzar, magnetar, variazioni del campo magnetico delle stelle di neutroni.
La ricerca non risolve il mistero ma può aiutare gli astronomi ad escludere qualche opzione come ha spiegato Ramesh Karuppusamy del Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germania: “Con la caratterizzazione di questa fonte, l’argomentazione contro l’emissione di tipo pulsar come origine per la ripetizione di FRB sta guadagnando forza“,  che conclude:
“Siamo sull’orlo di ulteriori localizzazioni causate dai nuovi telescopi in arrivo. Questi ci consentiranno finalmente di stabilire la vera natura di queste emissioni“.
La ricerca è stata pubblicata su Nature.
Fonte: Science Alert

Sabine Hossenfelder, fisica teorica e giornalista scientifica, spiega perché alcuni scienziati credono che il nostro universo sia davvero una proiezione tridimensionale di uno spazio bidimensionale. Lo chiamano il “principio olografico” e l’idea chiave è questa.
“Di solito, il numero di cose diverse che puoi immaginare accadere all’interno di una parte dello spazio aumenta con il volume. Pensa a un sacco di particelle. Più grande è la borsa, più particelle e più dettagli sono necessari per descrivere cosa fanno le particelle. Questi dettagli, di cui hai bisogno per descrivere cosa succede, sono quelli che i fisici chiamano i “gradi di libertà”, e il numero di questi gradi di libertà è proporzionale al numero di particelle, che è proporzionale al volume”.
Almeno è così che funziona normalmente. Il principio olografico, al contrario, dice che puoi descrivere ciò che accade all’interno della borsa codificandolo sulla superficie di quella borsa, con la stessa risoluzione.

Questo potrebbe non sembrare così straordinario, ma lo è.
Ecco perché: Prendi un cubo composto di cubetti più piccoli, ognuno dei quali è bianco o nero. Puoi considerare ogni piccolo cubo come un singolo bit di informazione. Quante informazioni ci sono nel cubo grande? Bene, questo sarebbe il numero dei cubi più piccoli, quindi 3^3 come nell’esempio del video. Oppure, se dividi ogni lato del cubo grande in N pezzi anziché in tre, quello è N^3. Ma se invece conti gli elementi di superficie del cubo, alla stessa risoluzione, hai solo 6 x N^2. Ciò significa che per N di grandi dimensioni, ci sono molti più bit di volume rispetto ai bit di superficie con la stessa risoluzione.
Il principio olografico ora dice che anche se ci sono così tanti meno bit di superficie, questi sono sufficienti per descrivere tutto ciò che accade nel volume. Ciò non significa che i bit di superficie corrispondano a determinate regioni del volume, è un po’ più complicato. Significa invece che i bit di superficie descrivono determinate correlazioni tra i pezzi di volume. Quindi, se ripensi alle particelle nella borsa, queste non si muoveranno completamente in modo indipendente.
Ed è quello che viene chiamato il principio olografico, in realtà vuol dire poter codificare gli eventi all’interno di qualsiasi volume sulla superficie del volume, con la stessa risoluzione.
Ma, potresti dire, perché non notiamo mai che le particelle in una borsa sono in qualche modo vincolate nella loro libertà?
Buona domanda. Il motivo è che le cose di cui ci occupiamo nella vita di tutti i giorni, diciamo, quella borsa di particelle, non fanno uso a distanza dei gradi di libertà teoricamente disponibili. Le nostre attuali osservazioni testano solo situazioni ben al di sotto del limite che il principio olografico afferma che dovrebbe esistere.
Il limite del principio olografico conta davvero solo se i gradi di libertà sono fortemente compressi, come nel caso, ad esempio, di materia che collassa in un buco nero. In effetti, la fisica dei buchi neri è uno degli indizi più importanti che i fisici hanno per il principio olografico. Questo perché sappiamo che i buchi neri hanno un’entropia proporzionale all’area dell’orizzonte del buco nero, non al suo volume. Questa è la parte importante: l’entropia del buco nero è proporzionale all’area, non al volume.
Ora, in termodinamica, l’entropia conta il numero di diverse configurazioni microscopiche che hanno lo stesso aspetto macroscopico. Quindi, l’entropia conta fondamentalmente quante informazioni potresti inserire in una cosa macroscopica se tieni traccia dei dettagli microscopici. Pertanto, il ridimensionamento dell’area dell’entropia del buco nero indica che il contenuto informativo dei buchi neri è limitato da una quantità proporzionale all’area dell’orizzonte. Questa relazione è l’origine del principio olografico.
L’altro importante indizio del principio olografico deriva dalla teoria delle stringhe. Questo perché ai teorici delle stringhe piace applicare i loro metodi matematici in uno spazio-tempo con una costante cosmologica negativa, che si chiama spazio Anti-de Sitter.
La maggior parte di loro crede, sebbene non sia mai stato provato in modo rigoroso, che la gravità in uno spazio Anti-de Sitter possa essere descritta da una diversa teoria che si trova interamente al confine di quello spazio. E mentre questa idea proviene dalla teoria delle stringhe, in realtà non sono necessarie le stringhe per far funzionare questa relazione tra il volume e la superficie. Più concretamente, utilizza un limite in cui gli effetti delle stringhe non compaiono più. Quindi il principio olografico sembra essere più generale della teoria delle stringhe.
Devo aggiungere però che non viviamo in uno spazio Anti-de Sitter (AdS) perché, per quanto ne sappiamo attualmente, la costante cosmologica nel nostro universo è positiva. Pertanto non è chiaro quanto la relazione volume-superficie nello spazio Anti-De Sitter ci parli del mondo reale.
E per quanto riguarda l’entropia del buco nero, la matematica che abbiamo attualmente non ci dice che conta le informazioni che si possono infilare in un buco nero. Può invece contare solo le informazioni che si perdono scollegando l’interno e l’esterno del buco nero. Questa è chiamata “entropia entanglement“. Si adatta alla superficie di molti sistemi diversi dai buchi neri e non presenta nulla di particolarmente olografico.
Ma possiamo provarlo? La risposta è sicuramente: forse.
All’inizio di quest’anno, Erik Verlinde e Kathryn Zurek hanno proposto di testare il principio olografico utilizzando interferometri a onde gravitazionali: se l’universo fosse olografico, le fluttuazioni nelle due direzioni ortogonali in cui si estendono i bracci dell’interferometro sarebbero più fortemente correlate di quanto ci si aspetti normalmente. Tuttavia, non tutti concordano sul fatto che la particolare realizzazione dell’olografia che Verlinde e Zurek usano sia quella corretta.
Personalmente penso che le motivazioni del principio olografico non siano particolarmente forti e in ogni caso non saremo in grado di testare questa ipotesi nei prossimi secoli. Pertanto scrivere articoli a riguardo è una perdita di tempo. Ma è un’idea interessante e almeno ora sai di cosa parlano i fisici quando dicono che l’universo è un ologramma.”
Per completezza di informazione aggiungiamo che nell’ultimo anno, tre fisici hanno fatto progressi verso un ologramma dello spazio de Sitter (che equivale al nostro universo con costante cosmologica positiva).
Come la corrispondenza AdS / CFT – una dualità tra spazio AdS e una “teoria dei campi conforme“(CFT) che descrive le interazioni quantistiche sul confine di quello spazio – anche il loro è un modello giocattolo, ma alcuni dei principi della sua costruzione possono estendersi a ologrammi spazio-tempo più realistici. Ci sono “prove allettanti”, ha detto Xi Dong dell’Università della California, Santa Barbara, che ha guidato la ricerca, che il nuovo modello sia un pezzo di “un quadro unificato per la gravità quantistica nello spazio de Sitter“.
Dong ed i coautori Eva Silverstein dell’Università di Stanford e Gonzalo Torroba del Atomic Center in Argentina hanno costruito un ologramma dello spazio de Sitter (dS) prendendo due universi AdS, tagliandoli, deformandoli e incollando i loro confini. Il taglio è necessario per affrontar un infinito problematico: il fatto che il limite dello spazio AdS sia infinitamente lontano dal suo centro. (Immagina un raggio di luce che percorre una distanza infinita lungo la curva di una sella per raggiungere il bordo).
Dong e co-autori hanno reso finito lo spazio AdS tagliando la regione spazio-temporale su un ampio raggio. Ciò ha creato quella che è conosciuta come una “gola di Randall-Sundrum“, dopo che i fisici Lisa Randall e Raman Sundrum hanno ideato il trucco. Questo spazio è ancora approssimato da una CFT che vive al suo confine, ma il confine è ora a una distanza finita.
Successivamente, Dong e co-autori hanno aggiunto ingredienti della teoria delle stringhe a due di queste gole teoriche di Randall-Sundrum per energizzarle e dare loro una curvatura positiva. Questa procedura, chiamata “uplifting“, ha trasformato i due spazi AdS a forma di sella in spazi dS a forma di scodella. I fisici potrebbero quindi fare la cosa ovvia: “incollare” le due ciotole insieme lungo i loro bordi. I CFT che descrivono entrambi gli emisferi si accoppiano tra loro, formando un unico sistema quantistico che è olograficamente doppio rispetto all’intero spazio sferico di De Sitter.

“Lo spazio-tempo risultante non ha confini, ma per costruzione è duplice a due CFT“, ha spiegato Dong. Poiché l’equatore dello spazio de Sitter, dove ‘vivono’ i due CFT, è esso stesso uno spazio de Sitter, la costruzione è chiamata “corrispondenza dS / dS“.
Eva Silverstein ha proposto questa idea di base con tre coautori nel 2004, ma nuovi strumenti teorici le hanno permesso di studiare l’ologramma dS / dS in modo più dettagliato e dimostrare che supera importanti controlli di coerenza.
In un articolo pubblicato la scorsa estate, hanno calcolato che l’entropia entanglement – una misura di quante informazioni sono memorizzate nei CFT accoppiati che vivono sull’equatore – corrisponde alla formula entropia nota per la corrispondente regione sferica dello spazio de Sitter.
Questo è un nuovo pezzo di ‘storia’ che viene aggiunto man mano che la ricerca e la ‘speculazione’ progrediscono; ciò non vuol dire necessariamente che si debba applicare alla realtà quotidiana che viviamo, ma che rimane in un ambito estremamente matematico e teorico.
http://backreaction.blogspot.com/2019/09/why-do-some-scientists-think-that-our.html
[The dS/dS Correspondence –  Alishahiha*, Silverstein et al. 2004] https://doi.org/10.1063/1.1848341
[De Sitter Holography and Entanglement Entropy – Dong, Silverstein, Torroba 2018]
DOI: 10.1007/JHEP07(2018)050

Gli astronomi che cercano di conoscere i meccanismi che hanno formato enormi buchi neri nell’Universo precoce hanno acquisito importanti nuovi indizi con la scoperta di 13 di questi buchi neri in galassie nane a meno di un miliardo di anni luce dalla Terra.
Queste galassie nane, oltre 100 volte meno massicce della nostra Via Lattea, sono tra le più piccole galassie conosciute che ospitano enormi buchi neri. Gli scienziati si aspettano che i buchi neri in queste galassie più piccole abbiano una media di circa 400.000 volte la massa del nostro Sole.
“Speriamo che il loro studio e quello delle loro galassie ci fornirà approfondimenti su come simili buchi neri si siano formati e poi cresciuti nell’Universo primordiale, attraverso fusioni galattiche per miliardi di anni, producendo i buchi neri supermassicci che vediamo oggi nelle galassie più grandi, con masse di molti milioni o miliardi di volte quella del Sole“, ha dichiarato Amy Reines del Montana State University.
Reines e i suoi colleghi hanno usato la Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della National Science Foundation per fare la scoperta, di cui oggi hanno riferito al meeting della American Astronomical Society ad Honolulu, nelle Hawaii.

Reines e i suoi collaboratori hanno usato il VLA per scoprire il primo enorme buco nero in una galassia nana di starburst nel 2011. Quella scoperta è stata una sorpresa per gli astronomi ed ha stimolato ulteriori ricerche radio.
Gli scienziati hanno iniziato selezionando un campione di galassie dal NASA-Sloan Atlas, un catalogo di galassie realizzato con telescopi a luce visibile. Hanno scelto galassie con stelle che ammontano a meno di 3 miliardi di volte la massa del Sole, circa uguale alla Grande Nuvola di Magellano, una piccola galassia satellite della Via Lattea. Da questo campione, hanno selezionato i candidati che sono apparsi anche nel sondaggio Faint Images of the Radio Sky a Twenty centimeters (FIRST) del National Radio Astronomy Observatory, realizzato tra il 1993 e il 2011.
Hanno quindi usato il VLA per creare nuove e più sensibili immagini ad alta risoluzione di 111 delle galassie selezionate.
“Le nuove osservazioni VLA hanno rivelato che 13 di queste galassie hanno una forte evidenza di un enorme buco nero che sta attivamente consumando materiale circostante. Siamo rimasti molto sorpresi di scoprire che, in circa la metà di quelle 13 galassie, il buco nero non è al centro della galassia, a differenza di quanto capita nelle galassie più grandi“, ha detto Reines.
Secondo gli scienziati questo indica che queste galassie probabilmente si sono fuse con altre all’inizio della loro storia. Ciò è coerente con le simulazioni al computer che prevedono che circa la metà degli enormi buchi neri nelle galassie nane si troverà a vagare nella periferia delle loro galassie.

“Questo lavoro ci ha insegnato che dobbiamo ampliare le nostre ricerche di enormi buchi neri nelle galassie nane oltre i loro centri per ottenere una comprensione più completa della popolazione e imparare quali meccanismi hanno contribuito a formare i primi enormi buchi neri nel primo universo“, ha detto Reines.
[A New Sample of (Wandering) Massive Black Holes in Dwarf Galaxies from High Resolution Radio Observations –  Reines et al. 2019]

Un team internazionale di astronomi ha utilizzato (ALMA) per creare l’immagine più dettagliata del gas che circonda due buchi neri supermassicci durante la fusione di due galassie.
A 400 milioni di anni luce dalla Terra, nella costellazione di Ofiuco, due galassie si stanno fondendo andando a formare la galassia che conosciamo come NGC 6240. Questa ha una forma particolare ed è stata osservata molte volte prima, poiché è relativamente vicina. Ma NGC 6240 è complessa e caotica. La collisione tra le due galassie è ancora in corso, con i suoi due buchi neri supermassicci in collisione crescente. Buchi neri che probabilmente si fonderanno in un buco nero più grande.
Per capire cosa stia succedendo all’interno di NGC 6240, gli astronomi stanno osservando in dettaglio la polvere e il gas che circondano i buchi neri, ma le immagini precedenti non erano state abbastanza nitide per farlo. Nuove osservazioni ALMA hanno aumentato la risoluzione delle immagini di un fattore dieci, mostrando per la prima volta la struttura del gas freddo nella galassia, anche all’interno della sfera di influenza dei buchi neri.

“La chiave per comprendere questo sistema galattico è il gas molecolare“, ha spiegato Ezequiel Treister della Pontificia Universidad Católica di Santiago, in Cile. “Questo gas è il carburante necessario per formare le stelle, ma alimenta anche i buchi neri supermassicci, che consente loro di crescere“.
La maggior parte del gas si trova in una regione tra i due buchi neri. Osservazioni meno dettagliate prese in precedenza hanno suggerito che questo gas potrebbe essere un disco rotante. “Non troviamo alcuna prova per questo“, ha detto Treister. “Invece, vediamo un flusso caotico di gas con filamenti e bolle tra i buchi neri. Parte di questo gas viene espulso verso l’esterno con velocità fino a 500 chilometri al secondo. Non sappiamo ancora cosa causi questi deflussi“.
Un altro motivo per osservare il gas in modo così dettagliato è che aiuta a determinare la massa dei buchi neri. “I modelli precedenti, basati sulle stelle circostanti, indicavano che i buchi neri erano molto più massicci di quanto ci aspettassimo, circa un miliardo di volte la massa del nostro Sole“, ha affermato Anne Medling dell’Università di Toledo in Ohio. “Ma queste nuove immagini ALMA per la prima volta ci hanno mostrato quanto gas viene catturato nella sfera di influenza dei buchi neri. Questa massa è significativa e quindi stimiamo che le masse del buco nero siano inferiori: circa alcune centinaia di milioni di volte la massa del nostro Sole. Sulla base di questo, riteniamo che la maggior parte delle precedenti misurazioni del buco nero in sistemi come questo potrebbero scendere del 5-90 percento”.

Anche il gas si è rivelato più vicino ai buchi neri di quanto gli astronomi si aspettassero. “Si trova in un ambiente molto estremo“, ha spiegato Medling. “Pensiamo che alla fine cadrà nel buco nero, o verrà espulso ad alta velocità“.
Gli astronomi non trovano prove per un terzo buco nero nella galassia, che un’altro gruppo di ricercatori ha recentemente affermato di aver scoperto . “Non vediamo gas molecolare associato a questo terzo nucleo“, ha detto Treister. “Potrebbe essere un ammasso stellare locale anziché un buco nero, ma dobbiamo studiarlo molto di più per dire qualcosa al riguardo con certezza“.
L’alta sensibilità e risoluzione di ALMA  sono cruciali per saperne di più sui buchi neri supermassicci e sul ruolo del gas nelle galassie interagenti. “Questa galassia è così complessa, che non potremmo mai sapere cosa sta succedendo al suo interno senza queste dettagliate immagini radio“, ha detto Loreto Barcos-Muñoz dell’Osservatorio Nazionale di Radioastronomia a Charlottesville, in Virginia. “Ora abbiamo un’idea migliore della struttura 3D della galassia, che ci dà l’opportunità di capire come si evolvono le galassie durante le ultime fasi di una fusione in corso. Tra poche centinaia di milioni di anni, questa galassia apparirà completamente diversa“.

The Turbulent Life of Two Supermassive Black Holes Caught in a Galaxy Crash