Supernova con buco nero nella Fenice

Pochi istanti per esplodere, tanti anni per essere studiata e rivelare la sua complessa evoluzione. E’ un destino che si incrocia e parte da lontano quello che segna l’apparizione della supernova 1996al e l’attività di ricerca di Stefano Benetti, astronomo dell’INAF, ora in forza all’Osservatorio Astronomico di Padova. Lui e il suo team in gran parte composto da colleghi dell’INAF, ha in pubblicazione un articolo che è un po’ la ‘summa’ di quasi 20 lunghi anni di raccolta dati e indagini. La storia inizia appunto nel luglio del 1996, quando la supernova apparve in NGC 7689, una bella galassia a spirale distante da noi circa 75 milioni di anni luce, in direzione della costellazione della Fenice. Stefano era allora un giovane astronomo presso l’osservatorio ESO (European Southern Observatory) a La Silla, in Cile, che lì aveva il compito di gestire il programma dedicato ai Target of Opportunity, ovvero quelle osservazioni in cui il tempismo è fondamentale. Come appunto per le esplosioni di supernova, non prevedibili e che richiedono, per ottenere il massimo delle informazioni scientifiche, misure quanto più prossime al tempo della loro prima apparizione in cielo. E così, partono una serie di osservazioni con i migliori strumenti a disposizione dello European Southern Observatory sulle Ande cilene, che nel tempo hanno visto coinvolti anche il Very Large Telescope e gli spettrografi FORS2 e XShooter, ed eseguite all’interno di programmi osservativi guidati dai membri del gruppo di ricerca sulle supernovae presso le strutture INAF di Padova e Asiago. I tanti dati accumulati ed elaborati, sintetizzati nel lavoro che comparirà sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tracciano un quadro dettagliatissimo della storia di SN1996al: classificata come una supernova di tipo II lineare, nella sua fase di massima luminosità ha brillato come più di un miliardo di soli. Tipo II significa che lo spettro ricavato dalla sua radiazione è dominato dalla presenza di righe dell’Idrogeno; lineare significa che la curva di luce segue un andamento lineare (in magnitudine) dopo il massimo. Grazie alle accurate misure spettroscopiche, il team è riuscito a calcolare anche la velocità con cui si stanno allontanando i resti della stella esplosa come supernova, prossima ai quaranta milioni di chilometri l’ora. Ma non solo: è anche riuscito a dedurre che questi brandelli stellari si stavano muovendo all’interno di altro materiale, perso dalla stella progenitrice prima dell’esplosione e in moto a velocità almeno dieci volte più basse. «Probabilmente, questo materiale circumstellare non era distribuito uniformemente attorno alla stella, ma era soprattutto distribuito su un disco la cui estensione era maggiore di 0.5 anni luce» spiega Benetti. «Dunque la stella ha perso questo disco di materia in modo costante per molto tempo prima di esplodere». «Fatto insolito per questi tipi di studi, abbiamo rintracciato in dati di archivio la luce emessa dalla stella progenitrice nella riga H-alfa dell’idrogeno ionizzato, otto anni prima di esplodere» aggiunge Benetti. «Questa osservazione fondamentale ci ha detto che l’oggetto celeste inizialmente era una stella abbastanza massiccia, con una massa 25 volte quella del Sole». «Questo – prosegue l’astronomo – insieme allo studio della variazione della luminosità  e velocità  della supernova, ci ha portato con il tempo ad ipotizzare che la stella progenitrice di SN 1996al abbia prodotto un’esplosione intrinsecamente abbastanza debole (circa dieci volte più debole di una supernova “normale”), dove la maggior parte della materia che formava la stella non è stata espulsa nell’esplosione, ma è ricaduta sul remnant, ovvero il residuo densissimo del nucleo stellare sopravvissuto alla catastrofica deflagrazione. Quindi, al centro della zona dove è avvenuta l’esplosione ora ci dovrebbe essere un buco nero avente una massa di circa 7-8 masse solari! Potremmo aver così osservato per la prima volta la fine di una stella massiccia, altrimenti destinata ad una fine oscura ed anonima (come previsto dalle teorie di evoluzione stellare) se non avesse avuto attorno una nebulosa che ha reso l’ultimo suo bagliore non solo notevolmente più luminoso, ma anche estremamente protratto nel tempo.»
di Marco Galliani (INAF)

La galassia più luminosa

Questa galassia si trova a 12,5 miliardi di anni luce ed è meglio osservabile nell’infrarosso. Si tratta anche della galassia più luminosa mai osservata: brilla con la luce di 300 mila miliardi di stelle. La galassia è stata individuata nel 2010 dal telescopio per l’infrarosso WISE. Appartiene ad una nuova classe do oggetti celesti, le super galassie primordiali, recentemente scoperta da WISE. Nel centro della galassia record (WISE J224607.57 – 052635.0) si nasconde probabilmente un BUCO NERO ancora più antico, intorno al quale vorticano miliardi di stelle e materia calda che mette raggi X e ultravioletti.
Da Orione agosto 2015 pagina 9 “La galassia più luminosa dell’universo”.

La caccia alle onde gravitazionali

La teoria della relatività generale afferma che se un corpo dotato di una certa massa viene accelerato, ha una perdita di energia sotto forma di onde gravitazionali, cioè ondulazioni dello spaziotempo stesso che si propagano alla velocità della luce. Le onde gravitazionali non sono state ancora rivelate direttamente poiché il segnale si indebolisce notevolmente prima di arrivare sugli strumenti a Terra. Nonostante ciò, esistono alcuni rivelatori estremamente sensibili, come l’americano LIGO e il progetto franco-italo-olandese Virgo, che potrebbero essere in grado di rivelare direttamente, e per la prima volta, il segnale associato alla propagazione delle onde gravitazionali. Tra le sorgenti celesti monitorate da LIGO e Virgo, quelle più interessanti sono i sistemi stellari binari contenenti due stelle di neutroni. Man mano che le stelle orbitano l’una attorno all’altra, esse perdono energia nel corso di centinaia di milioni di anni, con conseguente emissione di onde gravitazionali. Il risultato finale di questa perdita di energia causa il progressivo spiraleggiamento del sistema binario (cioè la separazione tra le stelle diminuisce gradualmente mentre queste orbitano) e termina con la loro “fusione” (merging), dando luogo alla formazione di una stella di neutroni ipermassiccia. Quest’ultima è destinata a collassare creando un buco nero che ruota rapidamente e circondato da un toro di accrescimento che molto probabilmente è la sorgente di un’enorme emissione di energia, ossia un “lampo gamma corto” (short gamma-ray burt). Gli scienziati ritengono che LIGO e Virgo potrebbero rivelare il segnale associato all’emissione delle onde gravitazionali relativo agli ultimi 15 minuti mentre esse si muovono velocemente a spirale verso il merger finale. Già nel 1986, il fisico Bernard Schutz, suggerì che il processo di merging di un sistema binario di buchi neri poteva essere utilizzato per misurare accuratamente le enormi distanze cosmologiche a cui si trovano le galassie. Il problema con questa idea è che la massa del sistema binario non è la “massa reale”, ma è quella modificata dal redshift cosmologico, che indica quanto una sorgente celeste si sta allontanando rapidamente da noi in seguito all’espansione globale dell’universo. Ne consegue che se si volesse conoscere la massa reale del sistema è necessario conoscere anche il suo redshift, cioè quello della galassia contente la sorgente. Questo è ovviamente possibile ma richiede che si possa assistere al merger sia attraverso l’emissione di onde gravitazionali che di onde elettromagnetiche. In altre parole, fino ad ora si pensava che l’osservazione delle sole onde gravitazionali non avrebbe permesso di determinare la massa reale e quindi il redshift. «Considerando un sistema binario di stelle di neutroni abbiamo dimostrato che il segnale associato all’emissione delle onde gravitazionali contiene più informazioni di quanto si pensasse in passato»,spiega a Media INAF Luciano Rezzolla, esperto di astrofisica relativista, Chair of Theoretical Astrophysics, presso l’Institute of Theoretical Physics di Francoforte, in Germania, e co-autore dell’articolo. «In particolare, è emerso che è possibile conoscere il redshift della sorgente anche senza doverlo misurare dall’emissione elettromagnetica della galassia contenente il sistema binario. La ragione per cui ciò è possibile è che la massa del sistema, che inevitabilmente è corretta dal redshift cosmologico, può essere comunque ricavata analizzando le proprietà spettrali dell’emissione gravitazionale dopo che il sistema ha fatto il merger».  Nel loro articolo, i ricercatori dichiarano di aver mostrato come la misura di alcune frequenze caratteristiche, prima e dopo il merger, combinata con i valori veri noti a priori dalle simulazioni numeriche, fa sì che sia possibile derivare direttamente il redshift dalle osservazioni delle onde gravitazionali. «In altre parole, se in aggiunta alle onde gravitazionali emesse durante l’inspiraleggiamento si considerano anche quelle emesse dalla stella ipermassiccia prodotta dalla fusione, è possibile dedurre la massa reale del sistema. Questo è possibile perché la stella ipermassiccia vibra violentemente a frequenze che possono essere calcolate tramite simulazioni numeriche, fornendo in questo modo l’informazione mancante. Se si conosce la massa reale del sistema, il suo redshift può essere calcolato molto banalmente dalla massa osservata, senza ricorrere alle osservazioni elettromagnetiche». Dunque, per la prima volta, gli autori hanno dimostrato che esiste una applicazione cosmologica per il segnale associato al prodotto finale del processo di merging e che le misure del redshift possono essere ricavate dal segnale associato al merger di due stelle di neutroni. «I nostri risultati – conclude Rezzolla – suggeriscono che nel caso di sistemi binari di stelle di neutroni è possibile eliminare la cosidetta degenerazione massa-redshift. Quindi, il vantaggio è che si possono usare anche le stelle di neutroni in sistemi binari per effettuare delle misure cosmologiche, cioè in termini di redshift gravitazionale, e che le onde gravitazionali forniscono tutta l’informazione necessaria». Il passo successivo sarà ora quello di realizzare tutta una serie di simulazioni numeriche molto sofisticate per ottenere informazioni ancora più dettagliate sul processo di merging di due stelle di neutroni. Infatti, uno dei problemi ancora aperti riguarda, ad esempio, la struttura interna delle stelle di neutroni che è di fondamentale importanza per dedurre il redshift dall’osservazione delle onde gravitazionali.
di Corrado Ruscica (INAF)

Il mistero delle pulsar mancanti

Attenti o voi che leggete qui si fa speculazione teorica. Ad ammettere per primo quanto difficile sia dimostrare la validità della teoria è lo stesso autore, Joseph Bramante, della Notre Dame University, che comunque ha visto accettare il suo lavoro dalla Physical review Letters.  L’idea è che per dimostrare come anche tra materia oscura e antimateria oscura vi sia lo stesso disequilibrio che esiste per la materia visibile e che peraltro permette a noi di vivere, perché altrimenti materia e antimateria si annichilerebbero a vicenda, sia l’assenza di pulsar nei pressi del buco nero posto al centro galattico. Ma andiamo per ordine: il centro galattico è un luogo pulsante di attività, con grandi quantità di gas e polveri e una concentrazione di stelle e sorprendenti stelle binarie che orbitano un buco nero massivo come tre milioni di volte il Sole. In questo centro così vivace non mancano, e numerose, le stelle morte. Ma ad oggi gli astronomi hanno trovato una sola singola giovane pulsar nel centro galattico quando ce ne dovrebbero essere almeno una cinquantina. Come mai le pulsar non ci sono? Bene la teoria avanzata da Bramante è che la materia oscura presente massicciamente nel centro galattico dove si concentra, si unisca alle pulsar rendendole così dense da collassare in un buco nero. La materia oscura sappiamo esserci e che compone il 25% dell’universo, perché interagisce gravitazionalmente con gli oggetti stellari. Negli ultimi anni è emersa una nuova teoria detta Asimmetria della Materia Oscura. In sostanza, come per la materia visibile, al momento del Big Bang si sarebbe creata tanta materia quanto antimateria, tranne che poi questo bilanciamento è stato alterato. E questo sarebbe accaduto anche per l’antimateria. Se fosse vero questo, la materia oscura che si concentra nel centro galattico potrebbe cedere massa alle pulsar provocandone il collasso. La mancanza di pulsar accrediterebbe questa ipotesi e quindi l’asimmetria. L’idea che la materia oscura possa provocare il collasso delle pulsar non è nuova, ma è nuova la sua applicazione alla mancanza delle pulsar. Insomma per l’autore questo potrebbe aprire la strada a conoscere meglio la massa della materia oscura, ma altrettanto ammette che «non sarà facile rivelarla.  Sarà necessario raccogliere molti più dati sulle pulsar del Centro Galattico». Una risposta potrà giungere dall’esplorazione del centro galattico che , usando una gamma più ampia di frequenze radio, potrebbe portarci a scoprire più pulsar.
di Francesco Rea (INAF)

Ai confini del buco nero centrale

Rimane un enigma, il buco nero supermassicio che alberga al centro della Via Lattea. Di Sagittarius A*, questo il suo nome, sappiamo che ha una massa pari a circa 4 milioni di volte quella del nostro Sole e che sta attraversando una fase di quiete, a differenza dei suoi colleghi al cuore delle AGN: galassie, appunto, dal nucleo attivo. Ma benché sia il buco nero supermassiccio della nostra galassia, dunque quello che in teoria dovremmo conoscere meglio, nemmeno siamo in grado di dire con certezza se la materia che lo avvolge vi sta cadendo dentro o ne è stata espulsa fuori. Una serie di osservazioni condotta con due fra i radiotelescopi più moderni, il russo RadioAstron (dallo spazio) e l’americano VLBA (da terra), i cui risultati sono pubblicati sull’ultimo numero di The Astrophysical Journal Letters, potrà però aiutarci a conoscere meglio la geografia della regione che lo circonda, e dunque i processi in atto là attorno al buco nero.
Analizzando le immagini in arrivo dal gigante russo (RadioAstron è il più grande radiotelescopio mai messo in orbita), un professore di fisica dell’Università di California a Santa Barbara (UCSB), l’astronomo Carl Gwinn, aveva notato la presenza di una sorta di grumi, di piccole irregolarità che non avrebbero dovuto esserci. Anomalie che, come ha scoperto in seguito uno degli studenti di dottorato di Gwinn, Michael Johnson (ora allo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), potrebbero rivelarsi preziose per riuscire a stimare la dimensione della sorgente sottostante. Al punto da convincere i ricercatori a condurre una seconda serie d’osservazioni, questa volta da terra, utilizzando i 10 radiotelescopi del Very Long Baseline Array e la parabola da 100 metri del Green Bank Telescope.
Risultato? «Abbiamo scoperto che la regione di emissione», spiega Johnson riferendosi al disco che circonda il buco nero, «è grande appena 20 volte il diametro dell’orizzonte degli eventi così come apparirebbe dalla Terra. E con osservazioni aggiuntive potremo cominciare a comprendere il comportamento di questo ambiente estremo». La misura della regione d’emissione è infatti solo il primo passo. L’obiettivo finale degli autori dello studio è giungere a ottenere «una semplice immagine di come la materia cade in un buco nero o viene espulsa da esso. Sarebbe davvero emozionante», dice Gwinn, «riuscire a produrre un’immagine del genere».
Redazione Media Inaf

Il cielo di settembre: uno scrigno di stelle nel Pegaso

L’ammasso globulare Messier 15 (M15) si trova nella costellazione del Pegaso, alta nel cielo verso sud nelle sere di settembre. Osservare questo oggetto celeste non è facile, anche se già con un binocolo si può identificare come una macchiolina di luce diffusa. Per ammirarlo in tutta la sua magnificenza, data dallo sfavillio delle oltre 100.000 stelle che lo compongono, c’è bisogno di strumenti potenti. E ancora una volta la migliore visione di questo ammasso ce la rende il telescopio spaziale Hubble, con le immagini che stanno scorrendo. Distante da noi 35.000 anni luce, M15 è stato scoperto dall’astronomo italiano Giovanni Domenico Maraldi nel 1746 ed esattamente 250 anni fa fu osservato da Charles Messier che lo inserì nel suo catalogo di oggetti nebulari. Questo ammasso è probabilmente il più denso tra quelli che si trovano nella nostra Galassia, e da alcuni anni, proprio studiando le immagini del suo nucleo ottenute da Hubble, gli astronomi sospettano che lì possa annidarsi un efficiente attrattore gravitazionale, sotto forma di un gruppo compatto di stelle di neutroni o perfino un buco nero di massa intermedia. Volete individuare facilmente l’ammasso globulare Messier 15, le costellazioni e i pianeti visibili nel cielo notturno di settembre? Allora non vi resta che guardare il video sul sito INAF.
di Marco Galliani (INAF)

A metà via fra Denebola e Vindemiatrix

Virgo A (nota anche come M 87 o NGC 4486) è una galassia ellittica gigante visibile nella costellazione della Vergine; fu scoperta da Charles Messier nel 1781 e domina l’Ammasso della Vergine, essendo una delle galassie più grandi conosciute. La sua relativa vicinanza alla Terra ne fa uno degli obiettivi privilegiati per la ricerca astronomica, in particolare per lo studio dei fenomeni altamente energetici in opera nel suo nucleo, che ospita un buco nero supermassiccio (il buco nero M87) della massa di 6,6 miliardi di volte superiore a quella del Sole.

A metà via fra le stelle Denebola e Vindemiatrix

M87 si trova in una regione di cielo priva di stelle luminose, fra le costellazioni della Vergine e della Chioma di Berenice; tuttavia si può individuare con una certa semplicità circa a metà via fra le stelle Denebola e Vindemiatrix. La galassia è anche alla portata di un binocolo di media potenza, come un 10×50, in cui si mostra, se il cielo è nitido e non inquinato, come una macchia molto debole e luminosa al centro; con telescopi di aperture comprese fra i 60mm e i 200mm il suo aspetto rimane lo stesso, mostrandosi come un oggetto dal nucleo molto piccolo e brillante e un alone molto esteso di colore biancastro che sfuma gradualmente nel fondo cielo. Il diametro dell’alone mantiene le sue dimensioni apparenti di 4′ anche con strumenti più potenti. M87 può essere osservata con facilità da entrambi gli emisferi terrestri e da tutte le aree abitate della Terra, grazie al fatto che la sua declinazione non è eccessivamente settentrionale; dalle regioni boreali è maggiormente osservabile e si presenta estremamente alto nel cielo nelle notti di primavera, mentre dall’emisfero australe appare mediamente più basso, ad eccezione delle aree prossime all’equatore. Il periodo migliore per la sua osservazione nel cielo serale è quello compreso fra marzo e agosto.

Storia delle osservazioni

Charles Messier fu il primo ad osservare questa galassia, che la descrisse come una nebulosa tonda e senza stelle, con un centro molto piccolo e circondato da un alone debole ma esteso; la inserì nel suo catalogo col numero 87, paragonandola nella descrizione alle altre galassie M84 e M86; William Herschel la descrisse come una semplice nube molto luminosa, tonda e più brillante al centro.

3C 274

M87 si trova nelle regioni più centrali dell’Ammasso della Vergine ed è probabilmente la galassia più estesa di questo ammasso di galassie. Nella banda della luce visibile è visibile solo come una macchia estesa e lattiginosa con un nucleo molto piccolo; tuttavia nel suo centro è presente una potente radiosorgente nota come Virgo A o 3C 274. La sua massa è pari ad almeno mille miliardi di masse solari. Nel 1919 è stata osservata nei pressi del suo nucleo una supernova che raggiunse la magnitudine 12,3.

Ammassi globulari

M87 possiede un numero molto alto di ammassi globulari, stimato tra 13.000 e 15.000 (per confronto, la Via Lattea possiede tra 150 e 200 ammassi globulari). È probabilmente il numero di ammassi globulari più alto conosciuto per una galassia. Il grande numero di ammassi ha aiutato gli astronomi a valutare la distanza della galassia (circa 60 milioni di anni luce), studiandone la distribuzione in luminosità.

Un buco nero con una massa di circa 3 miliardi di masse solari

Nel 1918 l’astronomo Heber Curtis del Lick Observatory scoprì un getto di materia emergente da M87, che descrisse come “uno strano raggio diritto”. Il getto si estende per almeno 5000 anni luce dal nucleo di M87 ed è composto da materia espulsa dalla galassia, molto probabilmente da un buco nero. L’ipotesi è stata rafforzata dalla scoperta di un disco di gas in rapida rotazione attorno al nucleo della galassia. Tale buco nero dovrebbe avere una massa di circa 3 miliardi di masse solari. M87 è inoltre sorgente di onde radio, raggi X e raggi gamma. La sua vicinanza l’ha resa una delle radiogalassie più studiate. Il getto che vediamo che si origina dal centro è solo la parte rivolta verso la nostra direzione di un doppio getto, la cui controparte è situata dall’altra parte della galassia ed è quindi invisibile a noi. Il getto è diviso da una decina di noduli, scoperti dall’Osservatorio di Monte Palomar, risolvibili a loro volta in strutture minori; la massima emissione del getto avviene nella lunghezza d’onda dell’ultravioletto, sebbene sia visibile anche in alcune immagini ad alta risoluzione presi nella banda della onde radio: ciò comporta che l’origine della radiazione UV sia la stessa di quella radio, ossia una emissione di sincrotone causata da elettroni che viaggiano a velocità prossime a quella della luce disposte su un campo di forza di un campo magnetico. Il Telescopio Spaziale Hubble ha trovato evidenze della presenza di un buco nero: nel suo centro è infatti presente una massa compresa fra due e tre miliardi di masse solari, compattate in un raggio di 60 anni luce. In un’immagine ripresa dal Telescopio Hubble nel 1999 sembrano esserci le evidenze di un apparente moto superluminare del getto, stimabile fra quattro e sei volte la velocità della luce; si crede che il moto sia solo un effetto visivo della velocità relativistica del getto e non di una reale velocità superiore alla luce. Tuttavia questi rilievi sembrano supportare la teoria secondo la quale i quasar, gli oggetti BL Lacertae e le radiogalassie siano in realtà lo stesso tipo di oggetto, ossia galassie attive viste da prospettive differenti.

Lampo di luce dal Buco Nero

Sono miliardi di galassie nel cosmo che ruotano su se stesse in quello che sembra un “sonnacchioso” procedere. Ma l’apparente tranquillità di questo incedere potrebbe essere paragonata a quella del predatore che attende immobile la sua preda. Uno scatto repentino e le fauci che si aprono smentiscono in un istante quella apparente tranquillità. Così ogni tanto un lampo di luce esplode dal centro della galassia. La preda in questo caso è una stella che orbita troppo vicino all’orizzonte degli eventi di un buco nero supermassiccio centrale della galassia e per questo finisce lacerata dall’attrazione gravitazionale, riscaldando il suo gas e emettendo una luce come un faro che invia il suo segnale ai confini dell’universo. Ma in questo cosmo fatto di miliardi di galassie come possiamo cogliere questo improvviso faro? Come possiamo distinguere quel segnale luminoso dai tanti che i turbolenti eventi che caratterizzano l’universo producono? Sono quesiti che hanno un obiettivo. Come è noto i buchi neri di per sé non emettono luce, sono oggetti la cui attrazione gravitazionale è tale da non permettere neanche alla luce di fuggire, così da renderli luminosi ai nostri occhi. L’occasione migliore per scoprirli in galassie lontane è quando e se interagiscono con le stelle e il gas che li circondano. Ma negli ultimi decenni, grazie a migliori telescopi e tecniche di osservazione, gli scienziati hanno notato che alcune galassie, in precedenza apparentemente inattive, si accendevano improvvisamente al loro centro. “Questo bagliore di luce è stato trovato avere un comportamento caratteristico in funzione del tempo”, dice Tamara Bogdanovic, assistente professore di fisica presso il Georgia Institute of Technology. “Inizia molto luminoso e poi la sua luminosità diminuisce in un certo lasso di tempo che ne fa un elemento distintivo”. Utilizzando un insieme di approcci teorici e computazionali, Bogdanovic cerca di prevedere i segnali che caratterizzano eventi come quello sopra descritto e comunemente chiamato della “tidal disruption” (pertubazione mareale). Segnali che se codificati potrebbero essere utili osservando tali eventi con telescopi da Terra. Per capire la sua utilità basti pensare che una galassia come la nostra Via Lattea registra fenomeni di disgrgazione stellare una volta ogni circa 10.000 anni. La luminosa scia di luce che ne deriva, d’altra parte, può svanire nel giro di pochi anni. Questa differenza evidenzia le difficoltà osservative di tali eventi. Lo sviluppo tecnologico e il sempre maggior numero di telescopi che osservano diverse galassie, rende sempre più possibile osservare fenomeni simili e quindi accrescere le conoscenze sui buchi neri e il loro comportamento. In un recente articolo inviato all’Astrophysical Journal, Bogdanovic, con Roseanne Cheng (Centro per l’astrofisica relativistica presso il Georgia Tech) e Pau Amaro – Seoane (Albert Einstein Institute di Potsdam), ipotizzano in un modello al computer, le perturbazioni mareali create da un buco nero supermassiccio in una stella gigante rossa ad esso vicina. La pubblicazione è il frutto dello studio di un evento accaduto a 2,7 miliardi di anni luce e che ipotizzino abbia riguardato una gigante rossa chiamata PS1 – 10jh.
di Francesco Rea (INAF)

Hawking: i buchi neri non esistono

I buchi neri sono una sorgente infinita di argomenti di discussione sia per gli astrofisici che cercano di osservarli, sia per i teorici, che cercano di spiegarli attraverso la relatività generale e la fisica quantistica. Hawking è uno degli esponenti di maggior rilievo della seconda categoria e ogni sua opinione va presa nel debito conto, anche perché lui sui buchi neri ha fatto moltissimo. Dopo avere studiato a lungo ciò che succede intorno all’orizzonte degli eventi, il limite invalicabile tra il dentro e il fuori di un buco nero, adesso cerca di superare questo concetto trasformando il muro in una barriera fluttuante che potrebbe anche essere superata. Poter attraversare l’orizzonte degli eventi permetterebbe di risolvere il paradosso dell’informazione, un paradosso creato dalla perdita di informazione che si verifica ogni qual volta la materia cade in un buco nero. In ultima analisi, questo è in contrasto con la seconda legge della termodinamica perché la perdita di informazione porterebbe ad una diminuzione dell’entropia dell’Universo. Considerando cosa succede intorno all’orizzonte degli eventi, anni fa, Hawking aveva proposto un meccanismo per generare coppie di particelle quantisticamente entangled (la radiazione di Hawking) una delle quali cade nel buco nero mentre l’altra fugge via, portando via una piccolissima parte dell’energia del buco nero. Per trasportare informazione la particella che se ne va dovrebbe rompere il suo entanglement con l’altra particella, processo che creerebbe un firewall intorno all’orizzonte degli eventi. Una situazione esemplificata nel famoso esperimento virtuale che si chiede cosa potrebbe succedere ad un eventuale astronauta che avesse la malaugurata idea di avvicinarsi all’orizzonte degli eventi. Morirebbe perchè spaghettificato dalla gravità mostruosa oppure verrebbe incenerito dal firewall? Adesso Hawking propone una terza via (non certo per salvare l’astronauta) che utilizza le fluttuazioni quantistiche della sua radiazione. All’orizzonte degli eventi si formerebbe uno strato turbolento di radiazione di Hawking che permetterebbe la fuga di una frazione delle particelle ed il trasferimento di informazione dal dentro al fuori. Non più un orizzonte invalicabile, ma un orizzonte oscillante. Hawking ha proposto questa idea in una conferenza che ha tenuta nell’agosto 2013 via skype ad un meeting al Kavli Institute for Theoretical Physics a Santa Barbara, California, che ora è un preprint intitolato ‘Information preservation and weather forecasting for black holes’ disponibile in arXiv. Il lavoro, che su Nature News viene descritto come piuttosto vago, non è ancora stato accettato, ma quale referee avrebbe il coraggio di opporsi al grande Hawking? Preservare la seconda legge della termodinamica è rassicurante ma, più prosaicamente, quali sarebbero le conseguenze di questo strato turbolento per quelli che i buchi neri cercano di studiarli attraverso la radiazione che emettono al di là dell’orizzonte degli eventi (invalicabile o oscillante che sia)?
L’articolo di Hawking
di Patrizia Caraveo (INAF)

Stelle in fuga a ipervelocità

Nel 2005 fu scoperta la prima stella iperveloce, una stella massiccia la cui velocità orbitale di oltre 3 milioni di chilometri all’ora – ben più che sufficiente per sfuggire all’attrazione gravitazionale della galassia – può essere spiegata principalmente con l’accelerazione impressa dall’incontro ravvicinato di una stella binaria con il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea (qui un articolo su una recente simulazione in proposito). Altri esemplari di tali bolidi sono stati scoperti negli anni seguenti,  guadagnandosi il soprannome di stelle esuli perché, di fatto, lanciate fuori dalla galassia e destinate a perdersi nel vuoto dello spazio intergalattico. La scoperta di una nuovo gruppo di stelle iperveloci è stata ora pubblicata su Astrophysical Journal e descritta nei giorni scorsi al meeting annuale della American Astronomical Society a Washington. “Queste nuove stelle iperveloci sono molto differenti da quelle scoperte in precedenza,” spiega Lauren Palladino, la giovane dottoranda dell’Università di Vanderbilt a Nashville, USA, che ha guidato la ricerca. “Quelle scoperte originariamente sono grandi stelle blu che appaiono originarsi dal centro galattico, mentre le nostre nuove stelle sono relativamente piccole – circa la massa del Sole – e la cosa sorprendente è che nessuna di loro sembra provenire dal nucleo galattico.” “E’ molto difficile buttar fuori una stella dalla sua galassia,” aggiunge Kelly Holley-Bockelmann dell’Università di Vanderbilt (già scopritrice di stelle giganti rosse “raminghe” fuori dalla nostra galassia), che ha supervisionato il lavoro di mappatura della Via Lattea portato avanti da Palladino sulla Sloan Digital Sky Survey, un grande censimento di stelle e galassie che copre circa un quarto del cielo. “Il meccanismo più accreditato – spiega la ricercatrice – implica l’interazione con il buco nero supermassiccio nel nucleo galattico. Questo significa che se si traccia l’orbita della stella a ritroso fino al punto in cui è nata, la si vede provenire dal  centro della nostra galassia. Invece, nessuna delle stelle iperveloci che abbiamo scoperto proviene dal centro, il che implica una nuova, inaspettata, classe di stelle iperveloci, con un differente meccanismo di espulsione.” Finora sono state individuate 18 stelle giganti blu iperveloci, una classe di oggetti  la cui esistenza era stata predetta nel 1988, ancor prima della loro osservazione, proprio in base a considerazioni sulla dinamica dell’interazione tra una coppia di stelle e un buco nero supermassiccio. Un balletto vorticoso in cui una delle due stelle rimane intrappolata nel campo gravitazionale del buco nero (diventandone significativa parte del menù), mentre la compagna viene scagliata fuori dalla galassia a velocità prossime ai 1.000 chilometri al secondo. Ora Palladino e colleghi hanno scoperto ulteriori 20 stelle di dimensioni solari che, ciascuna con una velocità totale superiore a 600 chilometri al secondo, si caratterizzano come possibili iperveloci, e su cui verranno effettuate ulteriori osservazioni per ottenere misure più precise. Le nuove stelle “esiliate” sembrano avere la stessa composizione di una normalissima stella cresciuta in un disco protostellare, come quello da cui ha preso forma il Sole, per cui gli scienziati  ritengono assai poco probabile che si siano originate nel nucleo della galassia, e nemmeno in qualche esotico luogo al di fuori della galassia. “La grande domanda è: che cosa ha spinto queste stelle fino a tali velocità estreme? Ora ci stiamo dedicando a risolvere questo dilemma,” conclude Holley-Bockelmann.
di Stefano Parisini (INAF)

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