Spiegazione delle misteriose bolle che emettono raggi gamma intorno al centro della Via Lattea

Spiegazione delle misteriose bolle che emettono raggi gamma intorno al centro della Via Lattea

I venti veloci che escono dal centro galattico creano uno shock in avanti e uno shock inverso. Quest'ultimo forma il contorno delle bolle di Fermi.
I venti veloci che escono dal centro galattico creano uno shock in avanti e uno shock inverso. Quest’ultimo forma il contorno delle bolle di Fermi. Credito: Università Metropolitana di Tokyo

Uno scienziato della Tokyo Metropolitan University ha dimostrato che le grandi bolle che emettono raggi gamma attorno al centro della Via Lattea sono state prodotte da venti veloci che soffiano verso l’esterno e da un associato “shock inverso”. Le simulazioni numeriche hanno riprodotto con successo il profilo di temperatura osservato da un telescopio a raggi X. Tali deflussi sono stati osservati in altre galassie; questa scoperta suggerisce che venti simili potrebbero aver soffiato nella nostra galassia fino a poco tempo fa.

L’universo è pieno di enormi oggetti celesti che devono ancora essere spiegati. Tra queste ci sono le “bolle di Fermi”, così chiamate perché furono scoperte per la prima volta dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi nel 2010. Queste bolle sono enormi regioni che emettono raggi gamma che si estendono da entrambi i lati del centro della Via Lattea su circa 50.000 anni luce , sporgendo dal piano della galassia come palloncini come mostrato nella figura sopra. Nonostante le loro dimensioni strabilianti, il meccanismo con cui sono formati deve ancora essere decifrato.

Ora, il professor Yutaka Fujita della Tokyo Metropolitan University ha presentato prove teoriche che dimostrano come tali oggetti potrebbero essersi formati. Dalla loro scoperta, sono state avanzate molte ipotesi sulla formazione delle bolle di Fermi, inclusa l’attività esplosiva del buco nero supermassiccio centrale, i venti del buco nero e la costante attività di formazione stellare. Distinguere questi scenari è un compito impegnativo, ma la disponibilità di osservazioni a raggi X all’avanguardia dal satellite Suzaku offre la possibilità di confrontare le misurazioni con ciò che gli astronomi si aspettano da vari scenari.

Le simulazioni del professor Fujita hanno considerato venti veloci in uscita dal buco nero che iniettano l’energia necessaria nel gas che circonda il centro della galassia. Confrontando i profili misurati, hanno scoperto che c’era una buona probabilità che le bolle di Fermi fossero prodotte dai veloci venti in uscita, che soffiano a 1.000 km al secondo per 10 milioni di anni. Questi non sono venti come li sperimenteremmo sulla terra, ma flussi di particelle altamente cariche che viaggiano ad alta velocità e si propagano nello spazio.

Questi venti viaggiano verso l’esterno e interagiscono con il gas dell’alone circostante, provocando uno shock inverso che crea un caratteristico picco di temperatura. Le bolle di Fermi corrispondono al volume all’interno di questo fronte d’urto inverso. È importante sottolineare che le simulazioni hanno anche mostrato che un’esplosione istantanea al centro non potrebbe riprodurre i profili misurati dal telescopio, avvalorando uno scenario basato su venti costanti generati dal buco nero centrale.

L’autore osserva che i venti previsti dalla simulazione sono simili ai deflussi osservati in altre galassie. La corrispondenza suggerisce che gli stessi tipi di massicci deflussi osservati in altre parti dell’universo erano presenti nella nostra galassia fino a tempi abbastanza recenti.

Maggiori informazioni: Yutaka Fujita, Evidence for powerful winds and the associated reverse shock as the origin of the Fermi bubbles, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac3312

 

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Gli astronomi rivelano la prima immagine del buco nero nel cuore della nostra galassia

Gli astronomi rivelano la prima immagine del buco nero nel cuore della nostra galassia


Questa è la prima immagine del Sagittario A*, o Sgr A*, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia. È la prima prova visiva diretta della presenza di questo buco nero. È stato catturato dall’Event Horizon Telescope (EHT), un array che collega otto radio osservatori esistenti in tutto il pianeta per formare un unico telescopio virtuale delle dimensioni della Terra. Il telescopio prende il nome dall'”orizzonte degli eventi”, il confine del buco nero oltre il quale nessuna luce può sfuggire.
Credito: collaborazione Event Horizon Telescope

12 maggio 2022

Washington, DC  – Durante una conferenza stampa ospitata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti con la Event Horizon Telescope Collaboration a Washington, DC, gli astronomi hanno svelato la prima immagine del buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea. Questo risultato fornisce prove schiaccianti che l’oggetto sia davvero un buco nero e fornisce preziosi indizi sul funzionamento di tali giganti, che si pensa risiedano al centro della maggior parte delle galassie. L’immagine è stata prodotta da un team di ricerca globale chiamato Event Horizon Telescope, o EHT, Collaboration, utilizzando le osservazioni di una rete mondiale di radiotelescopi. 

L’immagine è uno sguardo a lungo atteso sull’enorme oggetto che si trova proprio al centro della nostra galassia. Gli scienziati avevano già visto stelle in orbita attorno a qualcosa di invisibile, compatto e molto massiccio al centro della Via Lattea. Ciò suggerisce fortemente che questo oggetto – noto come Sagittario A* (Sgr A*, pronunciato “sadge-ay-star”) – sia un buco nero e l’immagine odierna ne fornisce la prima prova visiva diretta.

Anche se non possiamo vedere il buco nero stesso, poiché è completamente scuro, il gas incandescente attorno ad esso rivela una firma rivelatrice: una regione centrale scura (chiamata “ombra”) circondata da una struttura ad anello brillante. La nuova vista cattura la luce piegata dalla potente gravità del buco nero, che è quattro milioni di volte più massiccio del nostro Sole.

“Siamo rimasti sbalorditi dal modo in cui le dimensioni dell’anello concordavano con le previsioni della teoria della relatività generale di Einstein”, ha affermato lo scienziato del progetto EHT Geoffrey Bower dell’Istituto di astronomia e astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Queste osservazioni senza precedenti hanno notevolmente migliorato il nostro capire cosa succede al centro della nostra galassia e offrire nuove intuizioni su come questi buchi neri giganti interagiscono con l’ambiente circostante”. I risultati del team EHT sono stati pubblicati oggi in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters.

https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results

Poiché il buco nero si trova a circa 27.000 anni luce dalla Terra, ci sembra avere all’incirca le stesse dimensioni nel cielo di una ciambella sulla Luna. Per immaginarlo, il team ha creato il potente EHT, che ha collegato insieme otto radio osservatori esistenti in tutto il pianeta per formare un unico telescopio virtuale “delle dimensioni della Terra” [1]. L’EHT ha osservato Sgr A* per più notti, raccogliendo dati per molte ore di seguito, in modo simile all’utilizzo di un lungo tempo di esposizione su una fotocamera.

La svolta segue il rilascio nel 2019 della collaborazione EHT della prima immagine di un buco nero, chiamato M87*, al centro della più distante galassia Messier 87.

I due buchi neri sembrano notevolmente simili, anche se il buco nero della nostra galassia è più di mille volte più piccolo e meno massiccio di M87* [2]. “Abbiamo due tipi completamente diversi di galassie e due masse di buchi neri molto diverse, ma vicino al bordo di questi buchi neri sembrano sorprendentemente simili”, afferma Sera Markoff, copresidente dell’EHT Science Council e professore di astrofisica teorica all’Università di Amsterdam, Paesi Bassi. “Questo ci dice che la Relatività Generale governa questi oggetti da vicino, e qualsiasi differenza che vediamo più lontano deve essere dovuta a differenze nel materiale che circonda i buchi neri”.

Questo traguardo è stato notevolmente più difficile che per M87*, anche se Sgr A* è molto più vicino a noi. Lo scienziato EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, dell’Osservatorio Steward e del Dipartimento di Astronomia e del Data Science Institute dell’Università dell’Arizona, negli Stati Uniti, spiega: “Il gas in prossimità dei buchi neri si muove alla stessa velocità — veloce quasi come la luce, attorno a Sgr A* e M87*. Ma mentre il gas impiega giorni o settimane per orbitare attorno al più grande M87*, nel molto più piccolo Sgr A* completa un’orbita in pochi minuti. Ciò significa che la luminosità e la configurazione del gas attorno a Sgr A* stavano cambiando rapidamente mentre la collaborazione EHT lo osservava, un po’ come cercare di scattare una foto nitida di un cucciolo che si insegue rapidamente la coda”.

I ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi strumenti sofisticati che spiegassero il movimento del gas attorno a Sgr A*. Mentre M87* era un obiettivo più facile e stabile, con quasi tutte le immagini che sembravano uguali, non era il caso di Sgr A*. L’immagine del buco nero di Sgr A* è una media delle diverse immagini estratte dal team, rivelando finalmente per la prima volta il gigante in agguato al centro della nostra galassia.

Lo sforzo è stato possibile grazie all’ingegno di oltre 300 ricercatori provenienti da 80 istituti di tutto il mondo che insieme costituiscono la EHT Collaboration. Oltre a sviluppare strumenti complessi per superare le sfide dell’imaging di Sgr A*, il team ha lavorato rigorosamente per cinque anni, utilizzando supercomputer per combinare e analizzare i propri dati, il tutto compilando una libreria senza precedenti di buchi neri simulati da confrontare con le osservazioni.

Di questi supercomputer, l’analisi nel documento cinque include quasi 80 milioni di ore di CPU sul supercomputer NSF Frontera e 20 milioni di ore di CPU su NSF Open Science Grid. Il South Pole Telescope (SPT) della NSF e l’International Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un telescopio gestito dal National Radio Astronomy Observatory (NRAO) della NSF, sono stati due dei sette telescopi utilizzati per raccogliere i dati delle immagini nel 2017.

Gli scienziati sono particolarmente entusiasti di avere finalmente le immagini di due buchi neri di dimensioni molto diverse, il che offre l’opportunità di capire come si confrontano e contrastano. Hanno anche iniziato a utilizzare i nuovi dati per testare teorie e modelli su come si comporta il gas attorno ai buchi neri supermassicci. Questo processo non è ancora completamente compreso, ma si ritiene che svolga un ruolo chiave nel plasmare la formazione e l’evoluzione delle galassie.

“Ora possiamo studiare le differenze tra questi due buchi neri supermassicci per ottenere nuovi preziosi indizi su come funziona questo importante processo”, ha affermato lo scienziato EHT Keiichi Asada dell’Istituto di Astronomia e Astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Abbiamo immagini per due buchi neri – uno all’estremità grande e uno all’estremità piccola dei buchi neri supermassicci nell’Universo – quindi possiamo andare molto oltre nel testare come si comporta la gravità in questi ambienti estremi che mai”.

I progressi sull’EHT continuano: un’importante campagna di osservazione nel marzo 2022 ha incluso più telescopi che mai. La continua espansione della rete EHT e significativi aggiornamenti tecnologici consentiranno agli scienziati di condividere immagini ancora più impressionanti e filmati di buchi neri nel prossimo futuro.

“Questa immagine è una testimonianza di ciò che possiamo realizzare quando, come comunità di ricerca globale, uniamo le nostre menti più brillanti per rendere possibile ciò che apparentemente è impossibile. La lingua, i continenti e persino la galassia non possono ostacolare ciò che l’umanità può realizzare quando ci riuniamo per il bene più grande di tutti. Questo è un momento storico in cui vediamo il buco nero nel cuore della nostra Via Lattea come un traguardo raggiunto dopo decenni di intense ricerche di scoperta guidate dalla curiosità. NSF è orgogliosa di essere un partner internazionale che investe in questa ricerca innovativa e nell’infrastruttura che rende possibili queste fantastiche scoperte”, ha affermato il direttore di NSF Sethuraman Panchanathan.

 

 

Notes

[1] The individual telescopes involved in the EHT in April 2017, when the observations were conducted, were: the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), the Atacama Pathfinder Experiment (APEX), the IRAM 30-meter Telescope, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the UArizona Submillimeter Telescope (SMT), the South Pole Telescope (SPT). Since then, the EHT has added the Greenland Telescope (GLT), the NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) and the UArizona 12-meter Telescope on Kitt Peak to its network. 

ALMA is a partnership of the European Southern Observatory (ESO; Europe, representing its member states), the U.S. National Science Foundation (NSF), and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, together with the National Research Council (Canada), the Ministry of Science and Technology (MOST in Taipei), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), and Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI; Republic of Korea), in cooperation with the Republic of Chile. The Joint ALMA Observatory is operated by ESO, the Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) and the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, a collaboration between the Max Planck Institute for Radio Astronomy (Germany), the Onsala Space Observatory (Sweden) and ESO, is operated by ESO. The 30-meter Telescope is operated by IRAM (the IRAM Partner Organizations are MPG (Germany), CNRS (France) and IGN (Spain). The JCMT is operated by the East Asian Observatory on behalf of the Center for Astronomical Mega-Science of the Chinese Academy of Sciences, NAOJ, ASIAA, KASI, the National Astronomical Research Institute of Thailand, and organizations in the United Kingdom and Canada. The LMT is operated by INAOE and UMass, the SMA is operated by Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian and ASIAA, and the UArizona SMT is operated by the University of Arizona. The SPT is operated by the University of Chicago with specialized EHT instrumentation provided by the University of Arizona. 

The Greenland Telescope (GLT) is operated by ASIAA and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). The GLT is part of the ALMA-Taiwan project and is supported in part by Taipei’s Academia Sinica (AS) and MOST. NOEMA is operated by IRAM and the UArizona 12-meter telescope at Kitt Peak is operated by the University of Arizona.

[2] Black holes are the only objects we know of where mass scales with size. A black hole a thousand times smaller than another is also a thousand times less massive. 

 

 

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More Information

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes; the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University and the Smithsonian Astrophysical Observatory. 

 

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Cosa si è riusciti a capire dalla prima immagine di un buco nero ?

Cosa si è riusciti a capire dalla prima immagine di un buco nero ?

 

Abbiamo imparato quattro cose importanti (ma ovviamente ci sono altre cose che possiamo imparare da questa immagine):

1 – Il nucleo della galassia M87 è molto probabilmente un buco nero di Kerr ( vedi sotto per conoscere) e non una singolarità nuda. Sebbene le equazioni di campo di Einstein consentano le soluzioni delle singolarità nude, nel 1959 Roger Penrose formulò l’ipotesi della censura cosmica che fondamentalmente afferma che la fisica censura le singolarità nude avvolgendole sempre con un orizzonte. Cioè, il collasso gravitazionale delle stelle porta alla formazione di buchi neri con un orizzonte.

2 – John Archibald Wheeler ha proposto che “i buchi neri non hanno capelli”. Questo è il teorema dell’assenza di capelli che è stato formulato da Wheeler e altri. Le uniche proprietà che un buco nero conserva dalla materia che vi cade sono la massa, lo spin e la carica elettrica. In altre parole, tutte le proprietà fisiche della materia in caduta in un buco nero vengono eliminate e non possiamo distinguere tra due buchi neri con la stessa massa, momento angolare e carica elettrica. Detto diversamente, per un buco nero di una certa massa – 6.5. miliardi di masse solari: le dimensioni e la forma dell’ombra del buco nero rimangono quasi invariate. Oppure, le ombre dei buchi neri appaiono sempre quasi circolari. L’immagine del buco nero ha un’ombra quasi circolare.

3 – Inoltre, la collaborazione EHT ha effettivamente misurato una massa del buco nero supermassiccio di 6,5. miliardi di masse solari. Si sono chiesti: il nucleo di M87 è un buco nero? Potrebbe essere un wormhole o una singolarità nuda (come affermato sopra). La collaborazione EHT ha mostrato che un wormhole rotante di 6,5 miliardi di masse sollar (che è una valida soluzione delle equazioni di campo di Einstein) ha un raggio d’ombra grande la metà di un buco nero di 6,5 miliardi di masse solari. Una singolarità nuda di 6,5 miliardi di masse solari ha un raggio d’ombra ancora più piccolo. La collaborazione EHT ha messo l’immagine del buco nero sopra queste diverse dimensioni dell’ombra e ha escluso gli oggetti esotici.
4 – Infine, la collaborazione EHT ha anche verificato il meccanismo di Blanford-Znajek che è stato inizialmente suggerito da Penrose come “estrazione meccanica di energia”. Sulla base delle misurazioni precedenti, si presumeva che la potenza del getto dell’M87 fosse elevata. I modelli computerizzati dei buchi neri di Kerr con getto a bassa potenza che erano stati confrontati con i dati EHT sono stati respinti. La collaborazione EHT ha concluso che nei modelli che producono getti sufficientemente potenti e sono coerenti con i dati raccolti dall’array di telescopi EHT, il power jet è guidato dall’estrazione dell’energia di spin del buco nero attraverso il processo Blandford-Znajek. Questa conclusione è estremamente importante perché significa ancora una volta che il nucleo di M87 è molto probabilmente un buco nero di Kerr e non un oggetto compatto con una superficie. Oggetti compatti con una superficie potrebbero essere stelle di neutroni molto dense e stelle supermassicce ma anche gravastar e stelle di bosoni, oggetti esotici.

C’è ancora molto lavoro da fare come ricostruire un’immagine del Sagittario A, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, estendere la matrice EHT con telescopi nello spazio e così via. Inoltre, le misurazioni precedenti della massa del buco nero di M87 basate su dinamiche stellari sono coerenti con le stime ottenute dalla collaborazione EHT: 6.5. miliardi di masse solari. Tuttavia, le stime della massa del buco nero di M87 sulla base della dinamica dei gas danno la metà di quel valore: 3,5 miliardi di masse solari. Cioè, i due valori non sono d’accordo. Se i valori non concordano, le persone cercheranno di proporre una spiegazione alternativa dei risultati che potrebbe non essere basata sulla relatività generale classica. Quindi è importante risolvere questo punto.

Infine, l’esperimento EHT è un meraviglioso risultato scientifico e tecnologico e una vera svolta nella relatività generale.

 

Buco nero di Kerr

Gli anni a cavallo del ’60 furono particolarmente interessanti per le ricerche nel settore della fisica gravitazionale, tanto da poter parlare di una sorta di rinascita della relatività generale.

Insieme al gruppo di Wheeler, altri grandi ricercatori si lanciarono in questo campo, fornendo contributi fondamentali. In Russia, dove come detto il collasso gravitazionale veniva riportato nei libri di testo universitari, si formò il gruppo di Yakov Zel’dovich e di Vitaly Ginzburg per i quali non si parlava ancora di buchi neri ma di “stelle congelate”, mentre a Cambridge si formò un connubio che avrebbe garantito enormi contributi nel campo della fisica dei buchi neri, Stephen Hawking e Roger Penrose. Intorno a questi due mostri sacri avrebbero ruotato le nuove giovani menti della fisica.

Ma vi furono anche altri due fatti che stimolarono le ricerche in relatività generale.

Il primo riguardava un punto di vista più specificatamente astrofisico, quando si cominciò a ottenere importanti risultati nell’osservazione di oggetti stellari particolari, come i quasar e le radiogalassie, che suggerirono agli astrofisici di associare le enormi energie in gioco in questi sistemi alla presenza di buchi neri.

Oramai, infatti, non era più impensabile parlare di oggetti collassati milioni di volte più massicci del sole. Anzi, i progressi compiuti nelle osservazioni incentivarono il puro studio teorico della gravitazione. Si prese in considerazione l’idea delle onde gravitazionali e si cercò di combinare insieme la teoria della relatività generale, la cui splendida verifica sperimentale non lasciava ombra sulla sua fondatezza, con l’altra grande primadonna della ricerca scientifica in fisica, la meccanica quantistica.

Il secondo fatto importante era strettamente legato alle equazioni di Einstein che, fino ad allora contavano solo su soluzioni esatte, quella di Schwarzschild e quella data nel lontano 1918 da Reissner e Nordstrom che descriveva un caso molto particolare di buco nero elettricamente carico; caso peraltro di scarso interesse pratico, poiché si ritiene impossibile l’esistenza di un simile buco nero.

Nel 1963, il neozelandese Roy Kerr ampliò la famiglia delle soluzioni esatte delle equazioni di Einstein descrivendo il campo gravitazionale generato da una massa rotante.

Fino a ora ci siamo molto concentrati sulla soluzione di Schwarzschild, la quale, sebbene assai utile e funzionale in un gran numero di casi, descrive una situazione poco realistica, visto che non considera l’eventuale e assai probabile fatto che la materia collassante possa ruotare.

Il lavoro di Kerr colmò questa lacuna e aprì una nuova finestra sul sempre più vasto orizzonte della relatività.

Poco dopo, nel 1968, Ezra Newman con alcuni suoi studenti portarono a quattro le soluzioni esatte con una metrica che descriveva un buco nero rotante e carico.

La soluzione di Kerr-Newmann è assai intrigante sotto molti punti di vista perché, oltre ad avere un orizzonte degli eventi come la soluzione di Schwarzschild, presenta una struttura interna assai differente rispetto a quest’ultima; tanto differente da poter permettere, in linea puramente teorica, non solo di viaggiare nel tempo ma anche di osservare la singolarità al centro del buco nero, quella di massa e densità infinita che distrugge tutti gli incauti astronauti che ci finiscono contro.

“… Attraversi questo anello magico e i ritrovi in un universo completamente differente, dove raggi e masse sono negativi! ”

diceva Kerr a Werner Israel parlando della soluzione da lui trovata.

E Kerr aveva ragione.

Al di fuori dell’orizzonte degli eventi, che possiede anche la soluzione di Kerr, la soluzione trovata dal neozelandese non era molto diversa da quella di Schwarzschild, ma le cose cambiavano drasticamente se si andava ad analizzare l’interno di questa soluzione.

Mentre, come si sapeva, una particella che cadeva dentro a un buco nero di Schwarzschild era condannata a raggiungere la singolarità di densità infinità e volume nullo, nel caso di Kerr la particella in questione poteva evitare completamente la singolarità e dirigersi in altri universi del tutto simili al nostro. Non solo ma era anche prevista la possibilità di curve temporali chiuse.

Insomma, con Kerr si poteva viaggiare nel tempo e su altri mondi, per la gioia di tutti i temponauti in circolazione.

Anche la metrica di Schwarzschild può essere espressa in termini di coordinate che ricoprono l’intero spazio, come Kruskal e Szekeres avevano dimostrato. Questo ha permesso di mettere in evidenza l’esistenza di un mondo speculare al nostro, nel quale il tempo scorre all’indietro, ma che non è comunque raggiungibile per via della presenza della singolarità iniziale a r=0, ove tutto ha fine.

Il fatto che non sia eliminabile con nessuna scelta di coordinate, impedisce in ogni modo di poter ricevere informazioni dal quel nuovo universo. I due mondi, insomma, non possono comunicare tra di loro.

Con la soluzione di Kerr, la cosa era differente. I mondi erano infiniti e teoricamente percorribili!

A questo punto ogni buon viaggiatore nel tempo o impazzirebbe di gioia o si chiederebbe dove sta l’inghippo. Bene, il problema sta nel fatto che i passaggi attraverso questi universi si rivelano particolarmente instabili, rendendo il viaggio una pura chimera. Non solo.

La singolarità al centro del buco nero di Kerr è una singolarità naked (nuda), ossia può essere vista.

Ma questa evenienza è scongiurata da una serie di congetture, che rendono impossibile un simile, catastrofico, evento. Almeno secondo quello che andava proponendo Roger Penrose alla fine degli anni sessanta.

Il vaso di pandora era stato aperto, e inquietanti scenari si stavano aprendo nella mente degli scienziati.

Un decennio ricco di straordinarie intuizioni sulla fisica che governa i buchi neri stava per aprirsi

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Poiché la luce è la cosa più veloce conosciuta nell’universo e non può sfuggire a un buco nero, vuol dire che c’è un potere in un buco nero più veloce della luce?

Poiché la luce è la cosa più veloce conosciuta nell’universo e non può sfuggire a un buco nero, vuol dire che  in un buco nero c’è una forza più veloce della luce?

A rigor di termini, la “gravità” è solo il nome che diamo a tutti i fenomeni associati allo spaziotempo curvo, quindi non c’è alcun senso in cui si muove la gravità.
Le onde gravitazionali si muovono alla velocità della luce.
Esiste un modo significativo per descrivere un sistema di coordinate tale che lo spazio-tempo del buco nero all’interno dell’orizzonte scorre più veloce della luce e esattamente alla velocità della luce sull’orizzonte ed è chiamato il river model.
Nota importante:
non misuriamo MAI   LOCALMENTE la luce in movimento a velocità diverse da c.

Andiamo  in dettaglio con le risposte alla domanda:

Risposta breve: sì. Quel “potere” è la gravità.

Risposta lunga: no. “Velocità” non è un potere (mi dispiace Flash). Raggiungi la velocità introducendo una forza su un oggetto, come spingere una palla o accendere il motore di un razzo.

Quello che succede in un buco nero è un mistero, dal momento che nulla lo fa uscire per raccontare la storia, ma in termini semplici questo è quanto:

“Luce” è un mucchio di pacchetti di energia chiamati fotoni, che viaggiano attraverso lo spazio. Ci sono cose che accadono quando un fotone colpisce un’altra particella, ma in generale la luce viaggia con una velocità assoluta costante. Questo non cambia in circostanze normali.

La spiegazione della gravità in base  alla teoria della relatività dice che le curve di massa spazio-tempo sono come un foglio di gomma e gli oggetti che attraversano lo spazio in una linea retta sembrano seguire un percorso curvo. È un’immagine potente, e l’esempio del Black Hole il punto principale è che la curvatura dello spazio influisce sul percorso che la particella che si muove attraverso di essa sembra prendere. Un esempio di vita reale dell’impatto dello spazio curvo su oggetti in movimento rettilineo è il percorso aereo che prende il sopravvento sulla superficie curva della Terra (sorry Flat Earth Society). Il percorso più breve tra due punti è la linea retta, ma su una superficie curva non è possibile. Se si confronta la distanza più breve su una mappa tra Mosca e Il Cairo, per capire gli aeroplani quale percorso debbano prendere, vedrete che il percorso dell’aereo sembra curvo, mentre invece volano in linea retta.

È possibile che una massa curvi lo spazio a sufficienza, che gli oggetti che lo attraversano sembrino effettivamente seguire un percorso circolare, tornando allo stesso punto. Questo in realtà accade a OGNI oggetto che curva lo spazio: le curve di massa della Terra ci circondano al livello, che l’ISS rimane in orbita.

Questo ci porta alla velocità di fuga. La velocità di un oggetto nello spazio curvo influisce sul percorso visibile che attraversa. Se la velocità è piccola (ad esempio un saltatore con l’asta che salta), prenderai un percorso curvo che ti farà colpire l’oggetto. Se la tua velocità è alta, come il razzo che trasporta le sonde Voyager, passi attraverso la curvatura, e anche se la tua direzione cambierà rispetto alla massa che hai passato,  lascerai l’oggetto. Se la tua velocità è esattamente giusta, come ISS, resterai in un’orbita stabile. (Se sai che l’ISS è un cattivo esempio di decadimento dell’orbita a causa di altri fattori, prendi la Terra attorno al Sole come esempio migliore).

Il motivo per cui abbiamo qualcosa come un buco nero è che la massa non ha un limite assoluto teorico, mentre la velocità lo ha. Gli oggetti con una densità abbastanza grande possono curvare lo spazio attorno a loro in modo sufficiente che la velocità richiesta perché qualcosa passi attraverso di essa superi la velocità della luce. E dal momento che ha un massimo, nulla sfuggirà: e nasce un buco nero.

 

 

 

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