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Gli astronomi hanno osservato per la prima volta la “zona di immersione” di un buco nero, la regione in cui la materia smette di ruotare e si precipita dritta verso il suo centro, come una cascata. Questo è il limite interno del disco di accrescimento, previsto dalla relatività generale di Einstein, appena prima dell'orizzonte degli eventi. Contrariamente alle ipotesi precedenti, questa zona emette ancora radiazioni, che hanno permesso di rilevarla.
Quando un oggetto o una materia si trova nelle vicinanze di un buco nero, viene attratto dalla forza gravitazionale di quest'ultimo e finisce per disintegrarsi ai suoi bordi e alimentare così il disco di accrescimento ad alta energia, prima di raggiungere l'orizzonte degli eventi (il punto di non ritorno, dove nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alla gravità del buco nero). Secondo la teoria della gravitazione di Newton, la materia deve continuare a orbitare attorno al buco nero finché non incontra l'orizzonte degli eventi.
Tuttavia, Einstein predisse che a una distanza sufficientemente vicina all’orizzonte degli eventi – una regione chiamata “zona di immersione” – diventa impossibile per le particelle mantenere orbite circolari. Poi comincia a cadere rapidamente verso il centro del buco nero ad una velocità prossima a quella della luce. Per analogia, il disco di accrescimento è come un fiume che sfocia in una cascata: una zona di immersione. ”
Se Einstein avesse torto, tutto rimarrebbe stabile fino alla fine e ci sarebbe un solo fiume “, spiega L
nuovo mondo Andrew Mummery, Università di Oxford.
D’altro canto esiste da tempo un dibattito sulla questione se la zona di immersione emetta o meno radiazioni, a causa della sua vicinanza all’orizzonte degli eventi. Nel primo caso la regione sarà osservabile con i nostri telescopi, mentre nel secondo sarà inosservabile.
” Prima pensavamo che tutto ciò che attraversava quel confine non avrebbe avuto il tempo di irradiarsi in modo utile prima di cadere nel buco nero. afferma Greg Salvesen del Los Alamos National Laboratory nel New Mexico. Di conseguenza, la maggior parte dei modelli omette le possibili emissioni di radiazioni dall’orbita circolare più interna del disco di accrescimento (cioè il massimo al quale l’orbita circolare delle particelle rimane imperturbata).
Lo studio di Mummery e colleghi ha concluso il dibattito rivelando la prima prova osservativa della zona di immersione di un buco nero. ” La teoria di Einstein suggerisce che questa caduta finale esiste, ma questa è la prima volta che siamo riusciti a dimostrare che è effettivamente così. », sottolinea l'esperto di A Ho riferito Dall'Università di Oxford. ” Finora abbiamo osservato il fiume e questo è il nostro primo assaggio della cascata “, Aggiunge.
Effetto aggiuntivo inaspettato
Come parte della loro ricerca – dettagliata in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society —, Il gruppo di ricerca si è concentrato su un piccolo buco nero in un sistema binario chiamato MAXI J1820+070 situato a 10.000 anni luce dalla Terra. Per fare ciò, si sono basati sui dati del Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA e dei telescopi spaziali a raggi X per la composizione interna delle stelle di neutroni (NICER) per analizzare lo spettro della luce. I dati sono stati poi utilizzati per eseguire simulazioni di come il materiale si muoverebbe verso la zona di affondamento.
I dati osservativi hanno mostrato che il buco nero emetteva una quantità di radiazioni leggermente maggiore del previsto dal suo disco di accrescimento. Questa luminosità è coerente con le simulazioni che includono radiazioni aggiuntive provenienti dall'area di immersione. Secondo gli esperti, questo è il primo assaggio di come il plasma del disco di accrescimento del buco nero abbia smesso di ruotare e sia fluito verso il suo centro.
Immagine del fattore di conversione dell'energia fotonica per un sistema di dischi di buco nero. Questa immagine evidenzia anche la pronunciata lente gravitazionale della regione vicino all’orbita circolare più interna. © Andrew Mummery et al.
Questi risultati forniscono preziose informazioni su uno degli aspetti più misteriosi dei buchi neri e potrebbero quindi portare a nuovi indizi sulla natura della gravità e dello spazio-tempo. Inoltre, la radiazione aggiuntiva emessa dalla regione di immersione probabilmente spiega le anomalie della velocità di rotazione rilevate in alcuni buchi neri. Sebbene il loro spin sia direttamente correlato alla loro luminosità, questi ultimi mostrano velocità superiori al limite teorico.
In più, dice Mummery, “Ciò che è veramente entusiasmante è che ci sono così tanti buchi neri nella galassia, e ora disponiamo di una nuova tecnica affidabile da utilizzare per studiare i campi gravitazionali più forti conosciuti fino ad oggi.” Entro la fine dell’anno, il team di Oxford prevede di esplorare questo percorso studiando buchi neri più grandi e distanti, come parte del progetto African Millimeter Telescope. Quest'ultima consiste nell'uso di un nuovo telescopio ad alte prestazioni, che permetterebbe di fotografare l'ambiente circostante i buchi neri.
fonte : Avvisi mensili della Reale Commissione Astronomica
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