Crea sito

Cosa avviene in prossimità di un buco nero

Il disco di accrescimento ripreso da HST nella galassia attiva NGC 4261.
Credit: Hubble Space Telescope Science Institute

E’ quello che si sono chiesti alcuni ricercatori del Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg che hanno collaborato con i colleghi del Helmholtz Zentrum di Berlino utilizzando lo strumento chiamato BESSY II synchrotron X-ray source allo scopo di investigare ciò che succede in prossimità di un buco nero.

I buchi neri sono oggetti estremamente “voraci”. Essi catturano enormi quantità di materia sia dal gas che dalle stelle che orbitano nelle loro vicinanze. Man mano che la materia si accresce, essa alimenta il buco nero che diventa perciò più denso e massiccio, riscaldandosi fino a temperature dell’ordine di alcuni milioni di gradi Celsius. Prima che la materia scompaia definitivamente, essa produce una intensa emissione di raggi-X. Questo “ultimo respiro” si origina dal ferro, uno degli elementi che è contenuto nella proprio nella materia che sta per scomparire.

Per studiare i buchi neri è necessario osservarli in azione. La parte più interessante di questi processi è proprio quella che avviene prima che la materia scompaia definitivamente al di là dell’orizzonte degli eventi, cioè quella regione oltre la quale la gravità del buco nero è così elevata che nemmeno la luce riesce a sfuggire. Durante questo processo, la materia si trova in condizioni estreme e le forti turbolenze producono raggi-X che, a loro volta, eccitano alcuni elementi chimici presenti nella nube di materia in accrescimento. Quest’ultimo processo genera ancora raggi-X il cui spettro presenta righe di emissione, o “colori”, caratteristici. L’analisi di queste righe fornisce informazioni sulla densità, velocità e composizione chimica del plasma presente in prossimità dell’orizzone degli eventi. Un protagonista principale di questi processi estremi è il ferro. Sebbene non sia così abbondante come gli elementi più leggeri, come l’idrogeno e l’elio, il ferro è il miglior “assorbitore” e “riemettitore” di raggi-X. I fotoni più energetici che vengono generati dal processo si distinguono dagli altri perché possiedono un “colore” differente. Insomma, essi lasciano una sorta di “impronta” nello spettro della radiazione e si evidenziano sottoforma di righe intense: la cosiddetta riga K-alpha del ferro rappresenta una sorta di “segnale finale” della materia prima che essa sparisca definitivamente al di là dell’orizzonte degli eventi. Successivamente, i raggi-X vengono assorbiti una volta che essi interagiscono con il mezzo interstellare a distanze maggiori. Ancora una volta, il ferro lascia una “traccia” nello spettro. La radiazione ionizza gli atomi varie volte e il processo di fotoionizzazione strappa via, per così dire, più della metà dei 26 elettroni che contengono di solito gli atomi di ferro. Il risultato finale produce ioni altamente carichi che sono generati non dalle collisioni ma dalla radiazione incidente di alta energia.

E’ proprio questo processo che i ricercatori hanno riprodotto in laboratorio. Atomi di ferro sono stati portati ad alte temperature grazie all’emissione di un intenso fascio di elettroni così come sarebbero stati prodotti dal Sole o, in questo caso, nelle regioni dello spazio prossime al buco nero. I risultati ottenuti dall’esperimento hanno permesso di identificare un metodo che fornisce misure accurate in termini di risoluzione spettrale. Inoltre, l’esperimento si è rivelato estremamente importante perché permette di comprendere come si comporta la materia, o meglio il plasma, in quelle regioni dello spazio che circondano un buco nero o un nucleo galattico attivo.

[Abstract: Resonant and Near-Threshold Photoionization Cross Sections of Fe14+]

Argomenti correlati

buco nero | disco di accrescimento | nuclei galattici attivi | orizzonte degli eventi

Post correlati

Ti può anche interessare ...