Stupefacenti buchi neri binari in un video NASA

I buchi neri binari (dizione abbreviata in “BBH” dall’espressione inglese binary black hole) sono un sistema costituito da due buchi neri che orbitano uno attorno all’altro.

I buchi neri binari vengono suddivisi in buchi neri binari stellari, derivanti o da una stella binaria di grande massa o da processi di cattura e in buchi neri binari supermassivi frutto della fusione di due galassie.

Sebbene sia estremamente difficile osservare l’ombra e la regione attorno a un buco nero, non è l’unico modo che gli astronomi hanno per studiare questi misteriosi oggetti. Sulla base di anni di osservazioni e analisi, esiste una tradizione decennale di possibili visualizzazioni di buchi neri, che risalgono al lavoro dell’astronomo francese Jean-Pierre Luminet negli anni ’70.

Provare l’esistenza dei buchi neri binari è stato molto più complicato, sia a causa della natura di questi sfuggenti oggetti che della scarsa disponibilità di strumenti adeguati.

Tuttavia, durante un evento di fusione di buchi neri, dovrebbe essere prodotta una notevole quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali. Questa emissione può essere rilevata dai più moderni rilevatori di onde gravitazionali.

Osservare direttamente questi oggetti è molto complicato data la loro natura, tuttavia ultimamente le simulazioni si sono avvicinate molto a ciò che abbiamo potuto osservare quando un team internazionale di astronomi ha ricostruito un’immagine diretta di un buco nero supermassivo, il famoso M87 *. 

Grazie a questa straordinaria immagine sappiamo che le previsioni della relatività generale sono state rispettate.

A causa dei potenti campi gravitazionali attorno a un buco nero succedono cose davvero strane. La luce viene distorta e la sua intensità varia a seconda della direzione presa. Ma cosa accade quando i campi gravitazionali sono prodotti da buchi neri binari che si influenzano gravitazionalmente?

Forse accade qualcosa di molto simile all’ultima incredibile ricostruzione di due buchi neri binari realizzata dalla NASA.

L’astrofisico Jeremy Schnittman del Goddard Space Flight Center della NASA ha lavorato sui buchi neri binari per capire come si sarebbero comportati basandosi su una sua simulazione di un buco nero e del suo disco di accrescimento effettuata in precedenza.

Schnittman ha realizzato una simulazione di due buchi neri binari, il più grande con una massa 200 milioni di volte quella del Sole e il più piccolo con la metà della massa del primo buco nero supermassivo.

Si ritiene, ha spiegato Schnittman, che questo tipo di buchi neri binari potrebbero preservare i loro dischi di accrescimento per milioni di anni.

La simulazione parte come se si osservasse dall’alto verso il basso mentre i due buchi neri binari supermassivi orbitano l’uno intorno all’altro. Si può notare l’ombra del buco nero al centro di ciascuno di essi, avvolta in un un ampio disco di accrescimento di gas e polveri surriscaldati.

Il sottile anello posto tra il bordo interno del disco di accrescimento e l’ombra del buco nero è denominato anello fotonico. In quella zona la gravità è così potente che i fotoni sono costretti in un’orbita stabile attorno al buco nero. Se questi fotoni dovessero orbitare appena più vicino al buco nero, viaggerebbero oltre l’orizzonte degli eventi scomparendo alla vista.

La simulazione dei buchi neri binari

Mentre la simulazione prosegue, la prospettiva dell’osservatore si sposta verso il piano orbitale dei buchi neri binari. Inizialmente, la simulazione sembra simile ad altre simulazioni già viste, con la luce del disco distorta a formare un alone e la luce davanti all’ombra del buco nero che appare più luminosa mentre si muove verso l’osservatore e si attenua mentre si allontana. 

Questo fenomeno è noto come raggio relativistico ed è prodotto dall’effetto Doppler, che è il modo in cui le lunghezze d’onda della luce si accorciano e si allungano in base a movimento.

Schnittman ha utilizzato due colori diversi per raffigurare i due buchi neri perché li rende più facili da differenziare mentre i campi gravitazionali deformano la luce che percorre percorsi curvi complessi che sono stati calcolati utilizzando un potente supercomputer. La luce di ognuno dei buchi neri binari si distorce ancora di più in quanto viene influenzata dalla gravità del compagno binario.

“Un aspetto sorprendente di questa nuova visualizzazione è la natura auto-simile delle immagini prodotte dalla lente gravitazionale”, ha detto Schnittman . “Lo zoom in ogni buco nero rivela immagini multiple e sempre più distorte del suo partner”.

La lente gravitazionale è un fenomeno utile per osservare regioni molto distanti dello spazio, poiché ingrandisce e duplica l’oggetto più lontano. Le galassie e gli ammassi di galassie possono anche essere utilizzate come lenti gravitazionali, sebbene gli oggetti catturati dalle lenti gravitazionali non appaiano così distorti come le immagini prodotte da due buchi neri supermassivi attivi.

Ottenere un’immagine diretta di un buco nero è un lavoro molto complesso anche perché i buchi neri binari supermassivi sono molto rari, quindi è improbabile riuscire a osservare la versione reale della visualizzazione eseguita da Schnittman.

Tuttavia simulazioni come queste possono essere molto utili per capire la fisica del ambienti estremi presenti attorno ai buchi neri binari supermassivi, in modo da poter analizzare meglio le osservazioni pratiche su oggetti reali.