La rotazione del buco nero del mostro rivelata per la prima volta

Gli astronomi hanno effettuato la prima misurazione affidabile della rotazione di un buco nero supermassiccio, mettendo in mostra una tecnica che potrebbe aiutare a svelare i misteri della crescita e dell’evoluzione di questi mostri.

L’enorme buco nero al centro della galassia a spirale NGC 1365 sta girando circa l ‘ 84% più velocemente della teoria generale della relatività di Einstein, hanno determinato i ricercatori. La scoperta dimostra che almeno alcuni buchi neri supermassicci ruotano rapidamente – un’affermazione che studi precedenti avevano accennato ma non sono riusciti a confermare.

“È la prima volta che possiamo davvero dire che i buchi neri stanno girando”, ha detto la co-autrice dello studio Fiona Harrison, del Caltech di Pasadena SPACE.com. ” La promessa che questo vale per essere in grado di capire come i buchi neri crescono è, credo, l’implicazione principale.”

Fissare un buco nero nella luce dei raggi X

I buchi neri supermassicci sono quasi incomprensibilmente enormi, con alcuni che contengono 10 miliardi o più volte la massa del nostro sole. Gli scienziati pensano che uno si annidi al cuore della maggior parte, se non di tutte, le galassie.

NGC 1365, situato a circa 56 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione di Fornace, ospita effettivamente un gigantesco buco nero, uno enorme come diversi milioni di soli. E questo colosso sta facendo esplodere enormi quantità di energia mentre divora gas e altra materia vicina, rendendolo un obiettivo intrigante per gli astronomi.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato le osservazioni di due telescopi spaziali a raggi X-l’osservatorio XMM — Newton dell’Agenzia Spaziale europea e il Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA-realizzati con NGC 1365 nel luglio 2012.

Azzerando la luce ad alta energia emessa dagli atomi di ferro, i telescopi sono stati in grado di tracciare il movimento del disco di accrescimento piatto e rotante che circonda il buco nero di NGC 1365 e imbuta gas e polvere nelle sue avide fauci.

Gli astronomi hanno scoperto che le emissioni sono fortemente distorte, suggerendo che il bordo interno del disco di accrescimento potrebbe essere abbastanza vicino al buco nero — abbastanza vicino per gli effetti gravitazionali per devastare con i raggi X in streaming dal disco. Questo a sua volta implica un buco nero in rapida rotazione, poiché la relatività generale afferma che più velocemente un buco nero gira, più il suo disco può arrivare ad esso, ha detto Harrison.

Ma questa è solo un’interpretazione. Un altro sostiene che tale distorsione, che è stata osservata nelle emissioni del disco di accrescimento prima, potrebbe essere causata da nubi di gas che pendono tra un buco nero supermassiccio e i telescopi che lo osservano.

” Questa è stata una grande controversia-quale dei due sta succedendo?”Ha detto Harrison.

Bloccare lo spin di un buco nero

Il telescopio NuSTAR da 165 milioni di dollari, appena lanciato nel giugno 2012, ha finalmente risolto il caso.

Usando le misure super-sensibili di NuSTAR di raggi X ad alta energia, gli astronomi calcolarono che le presunte nubi di gas avrebbero dovuto essere incredibilmente spesse per produrre i livelli di distorsione osservati-così spessi da rendere l’intera idea insostenibile, almeno nel caso del buco nero di NGC 1365.

“Per brillare attraverso queste spesse nuvole, il buco nero avrebbe dovuto essere così luminoso che si sarebbe praticamente fatto esplodere”, ha detto Harrison, che è l’investigatore principale per la missione NuSTAR. “Quindi quello che deve accadere è, quello che stiamo vedendo sono queste distorsioni relativistiche. E questo significa che il disco si sta avvicinando al buco nero, il che significa che il buco nero deve girare rapidamente.”

Il gruppo di ricerca, guidato da Guido Risaliti dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e dell’Osservatorio di Arcetri dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, ha calcolato che questo tasso di rotazione è pari all’ 84% di quello consentito dalla relatività generale.

È difficile comprendere questa cifra, poiché non si traduce bene in miglia all’ora. Ma è sicuro dire che il buco nero sta girando incredibilmente velocemente.

“L’analogia di una velocità effettiva non è del tutto corretta”, disse Harrison. “Ma quello che puoi dire è che i buchi neri che girano ruotano lo spazio-tempo intorno a loro. E se tu fossi in piedi vicino al buco nero, fondamentalmente il tuo spazio-tempo sarebbe attorcigliato, o trascinato, in modo tale che dovresti ruotare una volta ogni quattro minuti solo per essere fermo.”

Il nuovo studio è stato pubblicato online oggi (feb. 27) sulla rivista Nature.

Conoscere la crescita dei buchi neri

Gli astronomi pensano che i buchi neri supermassicci acquisiscano la maggior parte della loro rotazione man mano che crescono, piuttosto che nascere con esso. Quindi studiare i loro tassi di rotazione può produrre intuizioni su come questi mostri si sono evoluti nel tempo.

Lo spin superveloce del buco nero di NGC 1365, ad esempio, implica che non sia cresciuto attraverso numerose piccole fusioni di buchi neri, ha detto Harrison, poiché le probabilità sono molto basse che molti eventi così caotici lo ruotino nella stessa direzione.

Piuttosto, è più probabile che il buco nero centrale di NGC 1365 abbia acquisito la sua rotazione da una fusione importante, o semplicemente inghiottendo materiale da un disco di accrescimento che è rimasto stabile nel lungo periodo.

Il nuovo studio rappresenta un primo passo verso una migliore comprensione della natura e dell’evoluzione dei buchi neri supermassicci, ha detto Harrison.

“Faremo più misurazioni come questa”, ha detto. “Alla fine quello che ti piacerebbe fare è avere un telescopio più grande che possa effettivamente misurare buchi neri più distanti in modo che possiamo, usando le statistiche del campione, capire come crescono nel tempo cosmico.”

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