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ASTROFISICA/ Buchi neri come supertrottole, a sei miliardi di anni luce da noi

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Anche i puntini (galassie) più deboli e distanti ospitano un buco nero supermassiccio - Credit: K. Sharon e E. Ofek, Esa, Nasa  Anche i puntini (galassie) più deboli e distanti ospitano un buco nero supermassiccio - Credit: K. Sharon e E. Ofek, Esa, Nasa

Torno qui su un aspetto di ricerca scientifica particolarmente caro a chi scrive: i buchi neri. Sono fra gli oggetti più affascinanti dell’Universo, eppure sono incredibilmente semplici. Pura gravità, niente altro. Spazio vuoto e pura gravita, che può solo pesare e ruotare. Dal punto di vista osservativo, caratterizzare e studiare i buchi neri si riduce a misurarne la massa e lo spin, cioè la velocità di rotazione.

Buchi neri cosiddetti “supermassicci” risiedono al centro della maggior parte delle galassie, e ne condizionano profondamente la loro evoluzione. Un buco nero supermassiccio può arrivare a pesare un miliardo di volte la massa del Sole, pur essendo racchiuso in un diametro simile a quello del Sole stesso. Tale massa ha evidentemente effetto sugli altri corpi celesti nelle sue vicinanze, quali stelle e nubi di gas. Massa così concentrata porta le stelle vicine su strette orbite: sebbene non osserviamo i buchi neri direttamente (perché sono neri, appunto), la misura di orbite stellari ha storicamente permesso l’identificazione della sorgente SgrA* in un buco nero supermassiccio proprio al centro della nostra Via Lattea. 

Tali stelle in orbita devono però stare attente a mantenersi a un certa distanza dal loro scomodo compagno, o faranno una brutta fine. Così come la Luna alza e abbassa gli oceani sulla Terra dando origine al fenomeno delle maree, così i lembi stellari risentono della presenza del buco nero. La gravità del buco nero può essere talmente forte da strappare, distruggere, la stella stesse. Tali eventi sono estremamente preziosi per stimare l’intensità del campo gravitazionale del buco nero o, in altri termini, la sua massa. 

E la rotazione? Mentre stimare la massa del buco nero è relativamente semplice, gli effetti di spin sono molto più elusivi. Mentre la massa genera gravità, misurabile da oggetti che orbitano a grande distanza dal buco nero stesso, gli effetti di spin entrano in gioco solo a piccole distanze, difficilmente raggiungibili dalle stelle prima di essere distrutte. Tali misure sono sulla frontiera dell’astrofisica delle alte energie, come testimonia lo studio presentato da Rubens C. Reis (University of Michigan, Ann Arbor, Usa) e collaboratori recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature

Il trucco sta nella rotazione; ma non quella del buco nero. La gravità di un buco nero è così intensa che “trascina” lo spaziotempo attorno a se: in altri termini, un osservatore (io, tu, o meglio, una particelle di gas) non può stare fermo vicino a un buco nero, ma è costretto a ruotare con esso. Per non ruotare, esso dovrebbe andare più veloce della luce, condizione proibita da ogni attuale legge fisica. 

Particelle di gas in rotazione forzata attorno al buco nero emettono radiazione (luce) nei cui dettagli è inciso il loro moto. Deviazioni in righe spettrali emesse da nubi di gas in presenza di un buco nero rotante, possono rivelarne la rotazione e quindi permettere una misura dello spin del buco nero. Misure di questo tipo sono estremamente complesse, ai limiti della moderna strumentazione scientifica, tanto da essere spesso dibattute e controverse, con più gruppi di ricerca che presentano stime differenti. 



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