La strana inclinazione di un buco nero

L'asse di rotazione del buco nero è inclinato di oltre 40 gradi rispetto all'asse dell'orbita della stella

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La scienziata Prof. Dr. Svetlana Berdyugina, professoressa di astrofisica all’Università di Friburgo e direttrice del Leibniz Institute for Solar Physics (KIS), insieme a un team internazionale di astronomi, ha misurato per la prima volta in modo affidabile una grande differenza tra la rotazione asse di un buco nero e l’asse dell’orbita del sistema stellare binario denominato MAXI J1820+070 cui appartiene.

L’asse di rotazione del buco nero è inclinato di oltre 40 gradi rispetto all’asse dell’orbita della stella. “Questa scoperta sfida gli attuali modelli teorici di formazione di buchi neri“, afferma Berdyugina. Il team ha pubblicato i risultati sulla rivista Science.

Gli astronomi in precedenza avevano ipotizzato un angolo più piccolo

La differenza di oltre 40 gradi tra l’asse orbitale e la rotazione del buco nero è del tutto inaspettata. Gli scienziati hanno spesso ipotizzato che questa differenza sia molto piccola quando modellano il comportamento della materia in un periodo curvo attorno a un buco nero“, spiega Berdyugina. La nuova scoperta costringe gli astronomi ad aggiungere una nuova dimensione ai loro modelli.

Sistema binario a raggi X MAXI J1820+070

Rappresentazione artistica del sistema binario a raggi X MAXI J1820+070 contenente un buco nero (piccolo punto nero al centro del disco gassoso) e una stella compagna (rossa). Un getto stretto è diretto lungo l’asse di rotazione del buco nero, che è fortemente disallineato dall’asse dell’orbita. Immagine prodotta con Binsim. Credito: R. Hynes

La polarizzazione apre nuove strade alla comprensione dei buchi neri

Il team di ricerca ha fatto la sua scoperta con il polarimetro astronomico DIPol-UF, uno strumento per misurare l’angolo di rotazione ottica della luce. È stato costruito dal Leibniz Institute for Solar Physics (KIS) e dall’Università di Turku/Finlandia. Alla fine è stato utilizzato nel Nordic Optical Telescope a La Palma, in Spagna. “Il nostro polarimetro utilizzato, DIPol-UF, è unico nella sua capacità di misurare la polarizzazione ottica con la precisione e l’accuratezza di poche parti per milione. La determinazione dell’orientamento orbitale dei buchi neri sulla base della polarizzazione apre un nuovo percorso per comprendere la loro formazione e fisica“, spiega Berdyugina.



Gli astronomi hanno osservato getti nella gamma di radio e raggi X

I buchi neri nei sistemi stellari binari vengono formati da un cataclisma cosmico: il collasso di una stella massiccia. Ora, i ricercatori hanno notato come un buco nero trascini la materia dalla vicina stella compagna più leggera in orbita attorno al centro gravitazionale del sistema. Sono state osservate radiazioni ottiche luminose e raggi X come l’ultimo sospiro di materiale in caduta, nonché emissioni radio dei getti espulsi dal sistema. Tracciando i flussi di gas luminosi, i getti, nella gamma di raggi X e radio, gli scienziati sono stati in grado di individuare la direzione dell’asse di rotazione del buco nero.

Oltre a Svetlana Berdyugina, il progetto di ricerca ha coinvolto ricercatori dell’Università di Turku/Finlandia, Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences/Russia, University of Stockholm/Svezia, Liverpool John Moores University/Inghilterra, Radboud University/Paesi Bassi, l’Istituto olandese per la ricerca spaziale/Paesi Bassi, l’Università di Denver/USA e l’Universidad de La Laguna/Spagna.

Riferimento: “Black hole spin-orbit misalignment in the x-ray binary MAXI J1820+070” di Juri Poutanen, Alexandra Veledina, Andrei V. Berdyugin, Svetlana V. Berdyugina, Helen Jermak, Peter G. Jonker, Jari JE Kajava, Ilia A. Kosenkov, Vadim Kravtsov, Vilppu Piirola, Manisha Shrestha, Manuel A. Perez Torres e Sergey S. Tsygankov, 24 febbraio 2022, Scienza .
DOI: 10.1126/science.abl4679

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