Alcune delle rocce più distanti nel nostro sistema solare si muovono in un modo che dimostrerebbe che, nei recessi della periferia del sistema solare, debba esserci un enorme oggetto che non riusciamo ancora ad individuare.

Un pianeta?

Può essere. Ma perché non un piccolo buco nero?

Questo è lo scenario descritto da due scienziati in un nuovo articolo. Naturalmente, riconoscono che la presenza di un pianeta non ancora individuato è più probabile di un antico buco nero. Ma, secondo loro, si tratta semplicemente di stimolare gli astronomi a pensare in modo creativo mentre cercano questo ipotetico oggetto, spesso chiamato Planet Nine.

“Limitandosi al concetto di pianeta, si finisce per restringere la ricerca sperimentale“, ha spiegato alla rivista online Gizmodo James Unwin, uno degli autori dello studio, assistente professore all’Università dell’Illinois di Chicago. “Una volta che inizi a pensare a oggetti più esotici, come i buchi neri primordiali, pensi in diversi modi. Noi pensiamo che con una maggiore apertura mentale ci si aprirà a cercare in altri ambiti oltre che la luce visibile, ad esempio nei raggi gamma. O raggi cosmici. ”

Oltre Nettuno, il movimento degli oggetti rocciosi sembra essere disturbato da qualcosa che dovrebbe avere una massa tra le 5 e le 15 volte quella della Terra. I ricercatori hanno provvisoriamente chiamato questo oggetto Planet Nine e lo stanno cercando. Ma questa non è l’unica anomalia gravitazionale di massa planetaria nella galassia. Gli scienziati hanno rilevato brevi deformazioni alla luce stellare in arrivo, forse provocate da oggetti di dimensioni planetarie. potrebbero essere pianeti canaglia o forse sono piccoli buchi neri.

I “buchi neri primordiali” sono una ipotetica classe di oggetti che si sarebbero formati subito dopi i primi caotici giorni dell’universo. Come qualsiasi altro buco nero, sarebbero regioni incredibilmente dense in cui la gravità deforma lo spazio così tanto che la luce non può sfuggire. Ma questi peserebbero molto meno delle stelle, dal momento che non si sono formati da stelle collassate come i buchi neri che abbiamo effettivamente osservato: si sarebbero formati da luoghi di densità extra rimanente nell’universo in rapida espansione.

Unwin e il suo collaboratore Jakub Scholtz, un giovane ricercatore dell’Institute for Particle Physics Phenomenology della Durham University, hanno proposto che, forse, un buco nero primordiale abbia incrociato il percorso del nostro sistema solare, e sia rimasto intrappolato in un’orbita particolare, interagendo poi con gli altri membri del sistema solare.

Secondo Uniwn e Scholtz un tale oggetto non evaporerebbe molto in fretta per gli effetti della radiazione di Hawking; un buco nero con una massa di cinque terre durerebbe a lungo, molto più a lungo dell’età dell’universo.

Se il pianeta nove fosse davvero un buco nero primordiale, piuttosto che una massa di materia regolare di dimensioni planetarie, sarebbe inutile cercare di trovarlo con i tipici mezzi di ricerca utilizzati per i pianeti. Un’immagine presentata nel documento, quella che vedete come copertina, dimostra che un buco nero con una massa di cinque volte la Terra potrebbe stare nel palmo di una mano, mentre un buco nero con una massa di 10 Terre sarebbe delle dimensioni di una palla da bowling.

Trovarlo richiederebbe strumenti in grado di rilevare una fonte di radiazione ad alta energia che si muove rapidamente attraverso il cielo.

Il cacciatore di Planet Nine Konstantin Batygin non ha escluso l’idea che potrebbe effettivamente essere qualcosa di più esotico. “Planet Nine potrebbe essere un hamburger di massa di cinque terre e la matematica funzionerebbe ancora bene. Certo, un hamburger ha un albedo misurabile, ma un buco nero delle dimensioni di un portafoglio sarebbe un po’ più difficile da individuare“, ha spiegato a Gizmodo in una e-mail.

Secondo Batygin, lo scenario è interessante, ma non del tutto non plausibile, e un buco nero potrebbe diventare un potenziale potenziale obiettivo se l’ipotesi del Pianeta Nove dovesse essere smentita, persistendo lo strano movimento degli oggetti transnettuniani.

È dal 2015 che gli astronomi lambiccano le proprie menti con il mistero della stella di Tabby.

Stella di Tabby è il soprannome che la stella KIC 8462852 si è vista assegnare per via del nome della sua scopritrice, Tabeetha S. Boyajian. Questa stella è balzata più volte agli onori della cronaca per via di un particolare comportamento: l’estrema variabilità della sua luminosità, al punto da farla diventare nota come “la stella più strana dell’universo”.

Si, perché gli improvvisi e irregolari cali di luminosità che la caratterizzano non hanno ancora avuto una spiegazione definitiva, anche se si sono succedute parecchie ipotesi, alcune attendibili, altre fantasiose. Per spiegare il peculiare comportamento di KIC 8462852 si è pensato di tutto, dagli sciami di comete alle nuvole di polvere, passando per pianeti con anelli; qualcuno è arrivato anche ad ipotizzare la possibilità che i cali di luminosità dipendessero da megastrutture aliene, qualcosa di simile ad una sfera di Dyson.

Questo perché, nell’esperienza degli astronomi, fino a quel momento, la stella di Tabby rappresentava qualcosa di unico.

Ma ora pare che non sia più così e che KIC 8462852 non sia poi così unica.

Nuovi studi hanno evidenziato un gruppo di stelle che mostrano un comportamento non dissimile da quello di KIC 8462852: 15 stelle che sembrano abbastanza simili a KIC 8462852 e altre sei che sembrano ancora più estreme.

I cali di luminosità delle stelle oscuranti non sono una novità per l’astronomia, in effetti, è uno dei sistemi che utilizziamo per rilevare gli esopianeti che, quando passano tra noi e la loro stella, attenuano la luce della stella in modo frazionario, di solito meno dell’1%.

Ma, sebbene KIC 8462852 sembri essere una nana giallo-bianca abbastanza normale, il suo comportamento è strano. Davvero strano.

I passaggi di pianeti che si interpongono tra una stella e noi avvengono, di solito, ad intervalli temporali regolari e ogni volta provocano lo stesso calo di luminosità della stella. L’oscuramento di KIC 8462852 è, invece, completamente casuale e imprevedibile – e la quantità della luce oscurata varia. Questi cali di luminosità vanno, per KIC 8462852, dall’1 percento, al 22 percento, inoltri questi cali di luminosità si verificano ad intervalli e durate variabili. Qualunque cosa provochi questo fenomeno, sicuramente non è un pianeta.

Inoltre, alcune lunghezze d’onda della luce sono bloccate più di altre, il che, dicono gli astronomi, esclude un oggetto opaco grande e solido (come una megastruttura aliena).

Ma trovare più stelle che si comportano allo stesso modo potrebbe fornire ulteriori indizi.

Così l’astronomo e fisico Edward Schmidt, dell’Università del Nebraska, le ha cercate.

Ha combinato i dati raccolti tra l’aprile 1999 e il marzo 2000 dal Northern Sky Variable Survey per trovare stelle candidate con variabilità irregolare, escludendo tutte le stelle con oscuramento spiegabile, ad esempio quelle binarie. Alla fine, ha selezionato 21 stelle.

Per queste 21 stelle, ha scaricato i dati sulla curva della luce dall’All–Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN ). Questi sono stati confrontati con la curva di luminosità di KIC 8462852. Ed è stato possibile individuare alcune somiglianze interessanti. “Nei miei candidati non vedo periodicità e le profondità delle immersioni variano considerevolmente. Quindi i [comportamenti] sono simili a KIC 8462852“, ha spiegato Schmidt.

Schmidt ha diviso le stelle che ha individuato in due categorie: i “slow dippers“, di cui 15 identificati, che risultano i più simili a KIC 8462852 in termini di tempistica, e 6 “rapid dippers“, caratterizzati da cali di luminosità simili ma molto più frequenti.

Che cosa significhi questa differenza non è ancora chiaro, ma indica che il comportamento di oscuramento presenta una gamma di caratteristiche in cui potrebbe ricadere anche KIC 8462852.

E non è solo il comportamento che è simile.

“Queste stelle che mostrano lo stesso fenomeno di KIC 8462852 sono tutte posizionate nella stessa area del diagramma temperatura-luminosità “, ha detto Schmidt, cioè sono lo stesso tipo di stella. “Questo fa sembrare probabile che questo sia il comune denominatore tra tutte queste stelle“.

Ma c’è ancora del lavoro da fare. Ad esempio, Schmidt non ha ancora esaminato se i cali di luminosità delle 21 nuove stelle bloccano specifiche lunghezze d’onda. Un altro è che, sulla base dei dati di archivio, KIC 8462852 sembra svanire lentamente – tra il 1890 e il 1989, infatti, è sbiadita di magnitudo 0,193.

Entrambe queste cose dovranno essere investigate ulteriormente al fine di determinare se queste 21 stelle recentemente identificate sono simili alla stella di Tabby.

In ogni caso, anche se lo fossero, dobbiamo ancora capire cosa causa l’oscuramento.

“Penso che sia molto probabile che i cali siano causati da oggetti in transito, ma ciò non spiega necessariamente il dimmer a lungo termine. Gli oggetti in transito sono probabilmente polvere, ma non possiamo ancora esserne certi, “penso che siamo ancora lontani dalla spiegazione di tutto“, ha concluso Schmidt.

La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal Letters .

La maggior parte di noi pensa che i buchi neri supermassicci siano vortici gravitazionali perennemente affamati e continuamente intenti a divorare stelle, ma, in realtà, non succede così spesso. Ad esempio, sembra che il buco nero al centro della nostra galassia si nutra più o meno ogni 100.000 anni.

Quindi è un’occasione abbastanza speciale per gli astronomi l’aver appena osservato le conseguenze immediate dell’azione di uno di questi buchi neri. In effetti, è la prima volta che viene individuato un buco nero nell’atto di divorare una stella e sono moltissimi i telescopi che sono stati puntati verso il raro evento.

Queste osservazioni hanno fornito un’enorme quantità di dati che possono aiutare a perfezionare la nostra comprensione di come i buchi neri supermassicci inghiottono le stelle provocando quelli che sono noti come eventi di disturbo delle maree (TDE).

Questo particolare TDE si è verificato attorno a un buco nero supermassiccio 6,3 milioni di volte la massa del Sole (il nostro Sagittario A * della Via Lattea è grande 4 milioni di masse solari), in una galassia chiamata 2MASX J07001137-6602251, situata a circa 375 milioni di anni luce di distanza.

Questo TDE si è verificato nella minuscola chiazza di cielo che viene continuamente sorvegliata dal telescopio TESS della NASA per la caccia agli esopianeti. A sua volta, TESS viene monitorato dall’All- Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN).

Quando TESS ha registrto una fonte di luce più luminosa del solito, gli astronomi sono stati immediatamente allertati e sono entrati in azione per puntare un certo numero di telescopi verso 2MASX J07001137-6602251.

Agli occhi degli astronomi è apparso un buco nero supermassiccio che aveva catturato una stellaa. Il team non ha ancora determinato la massa della vittima, ma l’evento è stato così energico da produrre un picco di luce di oltre 10 ordini di grandezza più luminoso del Sole e quattro volte più luminoso della galassia che lo ospita.

“Questo è la prima volta che vediamo in diretta un TDE e, poiché TESS stava già monitorando la parte del cielo in cui è successo, siamo riusciti a vedere esattamente quando ha iniziato a diventare più luminoso,” ha detto a ScienceAlert l’astronomo Tom Holoien del Carnegie Science. “Finora erano noti solo 4 o 5 TDE individuati poco prima del picco, nessuno di questi è stato individuato così precocemente“.

L’evento – chiamato ASASSN-19bt – è stato rilevato da TESS il 29 gennaio 2019. Poiché sembrava provenire dalla regione centrale della galassia ospite, era necessario uno sguardo più attento. Il 31 gennaio, il team ha studiato la regione utilizzando lo spettrografo 3 a bassa dispersione (LDSS-3), montato sul telescopio Magellan Clay in Cile.

Ciò rivelò che l’evento era probabilmente un TDE e furono prese più osservazioni; l’Osservatorio Swift della NASA ha osservato l’evento nell’ultravioletto e nei raggi X; l’ESA XMM-Newton prese spettri; e i telescopi terrestri dell’Osservatorio di Las Cumbres hanno acquisito immagini ottiche.

ASASSN-19bt ha raggiunto la massima luminosità il 4 marzo 2019 e il team ha continuato a osservare l’evento per mesi, anche se il loro documento copre solo fino al 10 aprile.

E ci sono state alcune grandi sorprese.

“Il satellite Swift della NASA ha evidenziato che, per i primi giorni dopo la scoperta, il TDE è diventato più debole e si è notevolmente raffreddato. Questo non è mai stato visto prima, in genere i TDE aumentano progressivamente di luminosità prima del picco e la temperatura in genere rimane costante “, ha spiegato Holoien.

“In questo caso, abbiamo visto sia la luminosità che la temperatura calare bruscamente prima di riprendere a seguire la solita evoluzione che avevamo già visto prima. Questa potrebbe anche essere una caratteristica comune nei TDE, ma non lo sappiamo, perché su nessun TDE avevamo potuto prendere informazioni così precocemente“.

Inoltre, la galassia ospite è più giovane e più polverosa di altre galassie in cui tali eventi sono stati osservati. E, mentre il TDE si schiariva verso il picco, l’aumento della luminosità era molto regolare. Questo è qualcos’altro che non era mai stato visto prima.

Nella prima parte delle osservazioni, le emissioni provengono da molto vicino al buco nero, ha detto Holoien – forse alcune decine di volte le dimensioni dell’orizzonte degli eventi, vicino al buco nero come lo sono Marte o la Terra il Sole.

Pensando a quanto è lontana quella galassia, è una cosa straordinaria.

“In realtà ho avuto i brividi quando ho visto la curva della luce di TESS per la prima volta, perché non è stata osservata alcuna TDE da nessuna parte vicino o con cadenza così rapida“, ha detto. “Quando l’ho visto, ho capito che avremmo acquisito un set di dati straordinario – e poi abbiamo trovato anche gli altri aspetti interessanti“.

Il team ha continuato a monitorare ASASSN-19bt per tre mesi dopo il picco e pubblicherà i risultati in un documento separato. Segnerà il set di dati più completo mai pubblicato per un evento di perturbazione delle maree.

“Queste osservazioni sono così precoci che pur essendo generalmente in linea con i modelli fisici, nessuna teoria aveva previsto esattamente ciò che vediamo, quindi speriamo che queste osservazioni ci aiutino a perfezionare quei modelli”, ha concluso Holoien.

La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal.

Gli astrofisici Jon Hakkila, del College of Charleston, e Robert Nemiroff, della Michigan Technological University, hanno pubblicato una ricerca secondo la quale gli scoppi di raggi gamma possono effettivamente superare la velocità della luce nelle nuvole di gas circostanti, ma farlo senza violare la teoria della relatività di Einstein.

Hakkila e Nemiroff propongono che tali getti superluminali potrebbero creare la reversibilità temporale vista nelle curve di luce gamma ray burst. Questi getti, tuttavia, non violano la relatività di Einstein perché si muovono più velocemente della luce attraverso il mezzo del getto, non attraverso il vuoto.

La prima immagine diretta in assoluto dell’orizzonte degli eventi di un buco nero è stata un’impresa davvero impressionante di ingegnosità scientifica. Ma L’immagine ricavata, pur essendo emozionante, aveva una risoluzione relativamente bassa.

Le tecniche e la tecnologia saranno perfezionate e si prevede che le future immagini dirette dei buchi neri miglioreranno con il tempo. Intanto, una nuova visualizzazione della NASA, mostra cosa potremmo aspettarci di vedere nelle immagini ad alta risoluzione di un buco nero supermassiccio particolarmente attivo.

I buchi neri supermassicci stanno al centro della maggior parte delle grandi galassie, ma non sappiamo ancora come e perché; se sia venuto prima il buco nero o la galassia è una delle grandi domande della cosmologia.

Quello che sappiamo è che sono davvero enormi, grandi milioni o miliardi di volte la massa del Sole; inoltre, possono influenzare la formazione stellare; un altro fatto che sappiamo è che quando diventano attivi e iniziano ad ingoiare materia, possono diventare gli oggetti più luminosi nell’Universo. Nel corso dei decenni, abbiamo anche capito alcune delle loro strane dinamiche.

Prima immagine diretta di un buco nero, M87 *. (Collaborazione EHT)

In effetti, la primissima immagine simulata di un buco nero, calcolata utilizzando un computer IBM 7040 a schede perforate degli anni ’60 e tracciata a mano dall’astrofisico francese Jean-Pierre Luminet nel 1978, assomiglia ancora molto alla simulazione della NASA.

In entrambe le simulazioni (quella nuova la vedete nell’immagine di copertina e l’opera di Luminet qui sotto), si vede un cerchio nero al centro. Questo è l’orizzonte degli eventi, il punto in cui le radiazioni elettromagnetiche, luce, onde radio, raggi X e così via, non riescono a raggiungere la velocità di fuga dall’attrazione gravitazionale del buco nero.

(Jean-Pierre Luminet)

Al centro del buco nero c’è la parte anteriore del disco di materiale che vortica attorno al buco nero, simile al mulinello generato dall’acqua mentre cade in uno scarico. La velocità del materia vorticante, a causa dell’attrito, genera una radiazione così intensa che possiamo rilevarla con i nostri telescopi e questo è ciò che si vede nella foto di M87 *.

Si può vedere l’anello fotonico, un perfetto anello di luce attorno all’orizzonte degli eventi. E si può vedere anche un’ampia striscia di luce attorno al buco nero. Quella luce proviene effettivamente dalla parte del disco di accrescimento dietro il buco nero; ma la gravità è così intensa, anche al di fuori dell’orizzonte degli eventi, che deforma lo spaziotempo e piega il percorso della luce attorno al buco nero.

Si vede distintamente anche che un lato del disco di accrescimento è più luminoso dell’altro. Questo effetto è chiamato raggiante relativistico ed è causato dalla rotazione del disco. La parte del disco che si sta muovendo verso di noi è più luminosa perché si sta avvicinando alla velocità della luce. Questo movimento produce un cambiamento di frequenza nella lunghezza d’onda della luce. Si chiama effetto Doppler.

Il lato che si sta allontanando da noi, quindi, è più debole, perché quel movimento ha l’effetto opposto.

“È proprio questa forte asimmetria di apparente luminosità“, ha scritto Luminet in un documento dell’anno scorso, “che è la firma principale di un buco nero, l’unico oggetto celeste in grado di dare alle regioni interne di un disco di accrescimento una velocità di rotazione vicina alla velocità della luce e indurre un effetto Doppler molto forte“.

Simulazioni come queste possono aiutarci a comprendere la particolare fisica che agisce attorno ai buchi neri supermassicci e questo ci aiuta a capire cosa stiamo vedendo quando guardiamo l’immagine di M87 *.