Velocità di rotazione dei buchi neri. Nuovi passi della ricerca

Come qualsiasi altra cosa nello spazio, la singolarità compressa nascosta dietro l’orizzonte degli eventi di un buco nero ruota liberamente con tutta la quantità di momento angolare accumulata nel corso del tempo.

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È probabile che i fisici siano riusciti a determinare la velocità di rotazione di un buco nero visibile, appartenente alla nostra Via Lattea, ed essere quindi più vicini ad avere un’idea più precisa di come si comportino queste strutture.

La singolarità, denominata 4U1543-4, gira intorno a una stella a 24.700 anni luce dalla Terra. Si tratta di un elemento simile a quello già scoperto dagli scienziati nella nostra regione di spazio, e, avendo una massa solo 9,4 volte quella del Sole, non si può considerare come un buco nero supermassiccio.

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Molti fisici pensano che i buchi neri, poiché riducono tutta la loro massa a un singolo punto, si differenzino tra di loro solo per tre caratteristiche: la loro massa, la loro carica e il loro spin (la grandezza legata alla rotazione di un oggetto attorno al proprio asse). E mentre in teoria un buco nero può essere dotato di carica elettrica negativa o positiva a seconda che sia costituito di soli elettroni o di soli protoni, in realtà i buchi neri (come tutti gli oggetti dell’Universo dotati di massa) hanno probabilmente carica elettrica nulla. Ora, come si diceva in apertura, sembra proprio che siano state effettuate delle misure abbastanza precise sullo spin di questo buco nero.

Come qualsiasi altra cosa nello spazio, la singolarità compressa nascosta dietro l’orizzonte degli eventi di un buco nero – il punto oltre il quale nulla può tornare indietro – ruota liberamente con tutta la quantità di momento angolare accumulata nel corso del tempo. Ma, a differenza delle stelle e dei pianeti, non esiste ancora un modo diretto per misurare la velocità di rotazione di questo buco nero.

Gli astronomi allora hanno escogitato un metodo alternativo: utilizzano le nuvole vorticose di materia, che si trovano nei pressi dell’orizzonte degli eventi di un buco nero e che vengono spostate dagli effetti della rotazione della singolarità. Quindi, misurando la velocità con cui si muove la materia, è possibile avere una stima del momento angolare, ovvero dello spin, della stessa singolarità.

Ovviamente, trovandosi a 24.700 anni luce, queste nuvole di gas non sono chiaramente visibili. Pertanto, gli astronomi non hanno la possibilità di osservare la rotazione completa di un granello di polvere attorno all’orizzonte degli eventi. Loro, invece, misurano il bagliore dei raggi X prodotti nei pressi dell’orizzonte degli eventi in virtù dell’accelerazione, a velocità estreme, dei turbini di corpuscoli e gas che circondano l’orizzonte degli eventi. Questo bagliore è una misura della velocità del gas e della polvere, e quindi un’informazione indiretta sulla singolarità stessa.

In precedenza erano stati effettuati altri due tentativi per misurare lo spin della singolarità 4U1543-4, dai quali non erano stati dedotti risultati convincenti. Questo nuovo approccio si è basato sui dati derivanti dall’evento connesso alla maggiore luminosità assunta da un materiale quando si trova nei pressi di un buco nero; inoltre, in questo nuovo esperimento sono state utilizzate nuove tecniche per calcolare lo spin del buco nero.

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Gli astronomi descrivono la velocità di rotazione di un buco nero con numeri compresi tra -1 e 1. Un buco nero senza alcuna rotazione ha uno spin pari a 0; buchi neri con la massima velocità di rotazione hanno spin con valori prossimi a 1 o -1.

Con l’incremento della velocità di rotazione di un buco nero, il suo orizzonte degli eventi si restringe sempre di più fino ad arrivare alla singolarità, come già descritto nel 2014 dall’astronomo dell’Università della California Mark Morris.

Un buco nero non può ruotare così velocemente da determinare la scomparsa del suo orizzonte degli eventi e rivelare la singolarità.

Il buco nero studiato in questo esperimento ha un spin di 0,67. Ci sono da considerare dei probabili errori sulla stima dello spin, che comunque può oscillare da un minimo di 0,59 a un massimo di 0,82.

Secondo i ricercatori, che hanno pubblicato i risultati lo scorso 5 marzo nella rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, comunque la velocità di spin desunta può essere considerata compatibile con un buco di quella massa.

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Fonte: ArXiv.