Le 10 cose più strane che abbiamo imparato sui buchi neri nel 2021

Gli scienziati che studiano i buchi neri possono essere sicuri che anno dopo anno ci saranno scoperte spettacolari. Il 2021 non ha fatto eccezione, con molti nuovi entusiasmanti risultati riguardanti questi strani mostri gravitazionali. Oggi considereremo il più eccitante scoperta buchi neri quest'anno e come migliorano la nostra comprensione dell'universo.

Il buco nero rotante più veloce

Anche i buchi neri più studiati possono sorprendere. A febbraio, i fisici hanno rivisto le loro stime sulle proprietà del mostro cosmico nel cuore del sistema Cygnus X-1, che è anche il primo buco nero di cui è stata confermata l'esistenza. Il buco nero Cygnus X-1, scoperto per la prima volta quasi 60 anni fa, è risultato essere il 50% più massiccio di quanto si pensasse, 21 volte la massa del Sole e in orbita molto vicino alla velocità della luce, stabilendo un nuovo record per i buchi neri

Il buco nero nel Cygnus X-1 si trova a circa 7200 anni luce di distanza e sta lentamente divorando la sua stella compagna supergigante blu, offrendo ai ricercatori nuove informazioni su tali processi.

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Stella spaghettata

Quando una stella si avvicina troppo al bordo di un buco nero, le forze gravitazionali la lacerano in lunghi filamenti che vengono trascinati nella bocca del buco nero. Questo processo, noto come "spaghettificazione", produce luce mentre il materiale stellare si riscalda per attrito, consentendo agli astronomi di catturare questo atto terrificante in tutto il suo splendore. A maggio, i ricercatori hanno notato per la prima volta una stella che è stata schiacciata e assorbita in questo modo da un buco nero che pesava 30 milioni di volte la massa del Sole e si trovava al centro della galassia a 750 milioni di anni luce dalla Terra.

Oltre a raccogliere dati importanti sulla spaghettifaction, le osservazioni hanno aiutato gli scienziati a creare un'incredibile visualizzazione dell'assorbimento della stella.

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LIGO dà ragione a Hawking

A giugno, i ricercatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno osservato due buchi neri supermassicci fondersi in uno e hanno analizzato le increspature nel tessuto dello spazio-tempo, chiamate onde gravitazionali, causate dai buchi neri che si muovono ad alta velocità

Hanno scoperto che la superficie del buco nero risultante è maggiore di quella dei primi due combinati. Oltre a ottenere dati sorprendenti, i risultati dello studio aiutano a dimostrare una congettura dell'astrofisico britannico Stephen Hawking nel 1971, nota come teorema dell'area del buco nero. Il teorema afferma che la superficie di un buco nero non può diminuire nel tempo, una legge derivata da Hawking utilizzando la teoria della relatività generale di Einstein. E anche la sua comprensione dell'entropia. Sebbene i risultati della ricerca siano stati una vittoria per Hawking, hanno lasciato perplessi i fisici. Secondo la meccanica quantistica, i buchi neri dovrebbero contrarsi ed evaporare, quindi non è chiaro come conciliare questo con la legge di Hawking secondo cui la loro superficie dovrebbe sempre aumentare.

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La fusione di un buco nero e una stella di neutroni

A giugno, i ricercatori che lavorano con LIGO hanno annunciato per la prima volta di aver visto buchi neri fondersi in corpi compatti chiamati stelle di neutroni. Insieme ai buchi neri, le stelle di neutroni sono un possibile risultato finale della morte di una stella massiccia, quando la stella esplode come una supernova e lascia dei resti. Sebbene LIGO abbia già visto indizi di potenziali fusioni tra buchi neri e stelle di neutroni, proprio quest'anno due segnali hanno definitivamente dimostrato che tali fusioni stanno avvenendo.

Entrambi i segnali sono stati rilevati nel gennaio 2020, a circa 10 giorni di distanza. Nel primo caso, un buco nero di massa sei volte quella del Sole ha assorbito una stella di neutroni di massa una volta e mezzo quella del Sole, e nel secondo un buco nero di massa nove volte quella del Sole. Sole e una stella di neutroni con una massa doppia di quella del Sole.

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I primi buchi neri causano tempeste

Quasi tutte le galassie conosciute hanno un buco nero supermassiccio al centro, suggerendo una stretta relazione tra due oggetti cosmici. Ma gli scienziati ancora non capiscono come un buco nero influenzi il suo ospite galattico. Uno studio pubblicato a giugno ha scoperto che il vento ad alta velocità soffia da una galassia di 13 miliardi di anni, vecchia quasi quanto l'universo stesso. Questo è il primo esempio scoperto di vento galattico che erutta da buchi neri supermassicci mentre assorbono gas e polvere circostanti.

Inoltre, i potenti venti, che si muovono a circa 1,8 milioni di km/h, si stanno muovendo abbastanza velocemente da soffiare materiale attraverso la galassia e probabilmente ostacolare la formazione stellare. Ciò suggerisce che le galassie ei loro buchi neri hanno una connessione antica e molto stretta.

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Gli echi di luce danno ragione a Einstein

Stephen Hawking non è stato l'unico a conquistare i buchi neri quest'anno. A luglio, gli astronomi hanno filmato i raggi X emanati dal buco nero supermassiccio al centro della galassia a spirale di Zwicky, che si trova a 1,8 miliardi di anni luce di distanza. Non solo i ricercatori hanno rilevato la luce proveniente dalla parte anteriore del buco nero, ma sono stati anche in grado di trovare strani echi di luce che all'inizio non potevano rilevare.

Sembravano provenire dal retro del buco nero, il che significa che l'entità gigante stava deformando il tessuto dello spazio-tempo così tanto che la luce veniva attirata da un lato all'altro del buco nero. Questo processo corrisponde esattamente a quanto ci si aspetterebbe dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma non è stato ancora scoperto in modo definitivo.

Gli alieni possono sfruttare il potere di un buco nero

Gli scienziati non hanno paura di fare ipotesi fintanto che si basano su dati rilevanti. Ad agosto, un gruppo di astronomi a Taiwan ha suggerito che gli alieni tecnologici potrebbero raccogliere energia dai buchi neri utilizzando ipotetiche megastrutture note come sfere di Dyson che circondano la stella. Sebbene i buchi neri siano considerati scuri, emettono grandi quantità di energia perché si nutrono del materiale circostante, che viene riscaldato ed emesso come luce.

Gli astronomi si sono chiesti se una specie extraterrestre potesse posizionare piattaforme orbitali ricoperte da qualcosa come i pannelli solari attorno a un buco nero per assorbire le sue esplosioni di energia. Poiché i buchi neri sono più piccoli delle stelle, ciò consentirebbe agli alieni di risparmiare sui materiali da costruzione e potenzialmente consentirebbe loro di immagazzinare incredibili quantità di energia.

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I buchi neri erranti possono insediarsi nella nostra galassia

Circa 12 buchi neri supermassicci e invisibili potrebbero essere in agguato alla periferia della Via Lattea. Questa conclusione è stata raggiunta ad agosto, quando i ricercatori hanno pubblicato i risultati di una nuova simulazione di collisioni di galassie. Durante eventi così massicci, le forze gravitazionali possono far sì che buchi neri supermassicci, che pesano milioni o miliardi di volte più del Sole, volino e si aggirino nelle profondità dell'inchiostro dello spazio.

Alcuni di loro potrebbero eventualmente stabilirsi negli aloni di galassie come la nostra, e una galassia delle dimensioni della Via Lattea ha una media di circa 12 galassie. Gli astronomi sperano di capire come cercare questi giganti perduti per verificare l'accuratezza delle loro simulazioni.

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È stata rilevata la coppia più vicina di buchi neri

A dicembre, i telescopi hanno registrato prove dell'esistenza della coppia di buchi neri più vicina al nostro pianeta, in orbita l'uno rispetto all'altro a una distanza di circa 89 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione dell'Acquario. La precedente coppia record di buchi neri è cinque volte più lontana di questa, il che significa che gli scienziati hanno l'opportunità di studiare tali sistemi in modo più dettagliato rispetto a prima. Entrambi i membri del duo sono sollevatori di pesi: quello più grande ha una massa di quasi 154 milioni di Soli e quello più piccolo è 6,3 milioni di volte più massiccio della nostra stella.

Orbitano l'un l'altro a una distanza di soli 1600 anni luce, una miseria per gli standard cosmici e un altro record che indica che in 250 milioni di anni si fonderanno in un gigantesco buco nero.

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Un buco nero troppo grande per la sua galassia

Una minuscola galassia in orbita attorno alla nostra, a circa 820 anni luce di distanza, sembra contenere qualcosa di strano. La galassia nana Leone I, che è 50 volte più piccola della Via Lattea, ospita un buco nero supermassiccio che ha quasi la stessa massa del buco nero al centro della Via Lattea. Gli astronomi si chiedono come sia finito un buco nero così grande in una galassia così piccola.

"Non c'è alcuna spiegazione per l'esistenza di questo tipo di buco nero nelle galassie sferoidali nane", ha detto in una nota Maria Jose Bustamante, una studentessa laureata in astronomia presso l'Università del Texas ad Austin. Bisognerà aspettare i prossimi anni per capire esattamente cosa questo significhi per l'evoluzione dei buchi neri e delle galassie.

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