Nel 2018, mentre i telescopi di tutto il mondo scansionavano la galassia M87, a 55 milioni di anni luce di distanza, hanno catturato un evento di rara intensità. Il buco nero supermassiccio M87* possiede emise un gigantesco bagliore gammaun lampo estremamente luminoso ed energetico di raggi gamma, la forma più potente di radiazione elettromagnetica.
Questi eventi cosmici sono generalmente di breve durata, ma rilasciano in pochi secondi un’energia colossale, equivalente a quella del nostro Sole. emetterebbe per diversi miliardi di anni.
Nel cuore della bestia
Immaginiamo il buco nero supermassiccio come un immenso vortice cosmico. Attorno ad esso gravita un disco di materia, simile ad un gigantesco anello di gas e polveri. Questa materia, cadendo verso il buco nero, si riscalda notevolmente sotto l'effetto delle forze di attrito – paragonabile al fenomeno che scalda le nostre mani quando le strofiniamo, ma su una scala miliardi di volte maggiore. Questo intenso calore fa brillare il disco di accrescimento, creando il caratteristico anello luminoso visto nella prima immagine storica di M87* (vedi sotto).
Gli intensi campi magnetici, generati dalla rotazione del disco di accrescimento e del buco nero stesso, svolgono un ruolo importante nella formazione del pianeta. getti relativistici, geyser cosmici estremamente potenti. Questi campi magnetici, strutturati in linee di forza, incanalano parte del materiale surriscaldato dal disco, accelerandolo a velocità prossime a quella della luce lungo le linee di campo che si estendono perpendicolarmente al disco, formando così due getti di plasma collimati.
L'anatomia di un'eruzione titanica
L’eruzione gamma osservata nel 2018 rappresenta un evento di incredibile violenza. Per comprenderne la grandezza, immaginiamo un volume spaziale equivalente a 170 volte la distanza Terra-Sole – una regione sorprendentemente compatta su scala cosmica, appena dieci volte più grande del buco nero stesso. Fu in questo spazio relativamente piccolo che questa esplosione di potere fenomenale.
Il meccanismo alla base di questa eruzione può essere paragonato a una collisione cosmica: “grumi” di materia, cadendo nel getto di plasma, vengono violentemente accelerati. Questa accelerazione è così intensa da generare un'immensa quantità di raggi gamma. L'energia rilasciata da una tale eruzione lo è miliardi o addirittura trilioni di volte superiore a quello di una moderna bomba nucleare.
« Curiosamente, le intense variazioni rilevate nei raggi gamma non appaiono in altre lunghezze d’onda, suggerendo che l’area del chiarore è strutturata in modo complesso e si comporta in modo diverso a seconda del tipo di osservazione. » nota Daniel Mazin, dell'Università di Tokyo. In altre parole, la zona dell'eruzione si comporta come un vero camaleontecambiando aspetto a seconda del tipo di luce utilizzata per osservarlo.
Un laboratorio di fisica fondamentale cosmica
L’osservazione simultanea del bagliore gamma e dei cambiamenti nell’anello luminoso attorno al buco nero offre un’opportunità unica studiare le leggi della fisica in condizioni estreme. Sera Markoff, dell’Università di Amsterdam, spiega: “ Per la prima volta in assoluto, è possibile combinare immagini dirette di aree vicine all’orizzonte degli eventi con brillamenti di raggi gamma derivanti dall’accelerazione delle particelle, consentendo di testare le teorie sull’origine di questi brillamenti »
Osservando direttamente le interazioni tra materia e gravità, gli scienziati potranno quindi verificare se le previsioni di Einstein sono ancora valide. Questi eventi catastrofici, rari e ancora in parte misteriosi, possono essere meglio compresi anche grazie alla combinazione di immagini dirette e osservazioni di raggi gamma. I già citati getti relativistici sono straordinari acceleratori naturali di particelle. Studiando questi fenomeni, gli scienziati potrebbero scoprire nuovi meccanismi di accelerazione, con potenziali applicazioni nella fisica delle particelle.
Osservazioni dell'esplosione dell'M87* approfondire notevolmente la nostra comprensione fenomeni di alta energia attorno ai buchi neri supermassicci. L'analisi dei dati raccolti durante questa eccezionale eruzione di raggi gamma evidenzia la ricchezza dei processi fisici che operano in queste regioni dello spazio-tempo dove le leggi della fisica raggiungono i loro limiti teorici. Ciò alimenterà senza dubbio nuovi modelli teorici per descrivere il comportamento della materia e dell’energia in questi ambienti estremi e forse ci aiuterà a rispondere a questa domanda fondamentale in modo più accurato: da dove veniamo e da dove viene il nostro Universo? ?
- Nel 2018, è stato osservato un brillamento di raggi gamma eccezionalmente intenso vicino al buco nero M87*, rilasciando un’energia colossale in uno spazio compatto.
- Questa esplosione, causata dall'accelerazione delle particelle nei getti di plasma, rappresenta un'opportunità unica per studiare le interazioni tra materia e gravità.
- Le scoperte attorno a M87* permettono di testare le leggi fondamentali della fisica in condizioni estreme.
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