I fisici stanno attualmente vivendo un'età d'oro di nuove conoscenze sui buchi neri. Dal 2015, i ricercatori sono stati in grado di ricevere segnali direttamente dai buchi neri utilizzando osservatorio delle onde gravitazionali con un interferometro laser (LIGO), mentre osservatori come il telescopio Event Horizon (EHT), ottieni le prime immagini ombre di un buco nero. Quest'anno non ha fatto eccezione, con un nuovo raccolto di risultati entusiasmanti e unici che hanno ampliato gli orizzonti della nostra conoscenza dei buchi neri. Diamo uno sguardo ad alcune delle scoperte più impressionanti del 2020.
Come a confermare che il 2020 è stato l'anno della ricerca sui buchi neri, il principale risultato della scienza è premio Nobel - è stato premiato in ottobre a tre fisici i cui lavori fanno luce sulla vita di questi misteriosi oggetti spaziali.
Roger Penrose dell'Università di Oxford nel Regno Unito ha ricevuto metà del premio "per la scoperta che la formazione di buchi neri è una solida previsione della relatività generale", mentre Andrea Guez dell'Università della California, Los Angeles e Reinhard Hansel dell'Università di Bonn e l'Istituto di Fisica Extraterrestre Max Planck in Germania hanno condiviso l'altra metà "per la scoperta di un oggetto compatto supermassiccio al centro della nostra galassia", ha affermato la Royal Swedish Academy of Sciences in una nota. Andrea Guez è solo la quarta donna a vincere il Premio Nobel per la Fisica, dopo Marie Curie nel 1903, Maria Heppert-Mayer nel 1963 e Donna Strickland nel 2018.
LIGO e la sua controparte europea Vergine osservare i buchi neri attraverso le onde gravitazionali nel tessuto dello spazio-tempo, che si formano quando oggetti massicci oscillano.
Diverse scoperte impressionanti sono già state fatte presso le strutture. Ma a maggio, la collaborazione ha annunciato di aver scoperto la più grande collisione con un buco nero della storia. Uno di loro è 85 volte più grande della massa del Sole e l'altro è 66 volte più grande della massa del Sole. Quando si scontrano, formano un buco nero, la cui massa supera la massa del Sole di 142 volte. Oltre a stabilire record, il ritrovamento è stato il primo nella cosiddetta zona "proibita" dei buchi neri di media massa. Sebbene gli astronomi abbiano visto piccoli buchi neri delle dimensioni del nostro Sole e sappiano che al centro delle galassie ne esistono di colossali, milioni di volte la massa del Sole, nessuno ha mai trovato prove di buchi neri in questo intervallo medio. Come esattamente si siano formati rimane un mistero che gli scienziati stanno attualmente cercando di risolvere.
Poco dopo Big Bang L'universo era permeato da radiazioni calde e turbolente. In alcune regioni, l'energia era abbastanza densa da collassare teoricamente su se stessa per formare un buco nero.
Sebbene i fisici non sappiano ancora se esistono buchi neri primordiali (PCD), ultimamente hanno riflettuto su cosa potrebbe succedere se esistessero. Diversi articoli, tra cui uno pubblicato a novembre, hanno suggerito che questi buchi neri, alcuni dei quali saranno più piccoli di quelli formati da stelle morenti, potrebbero costituire materia oscura, una sostanza sconosciuta che esercita un'influenza gravitazionale sull'intero spazio dell'universo. Nei prossimi anni, verranno condotti esperimenti per cercare il PCD, che confermerà o negherà la loro esistenza.
E se prendessi i buchi neri incredibilmente massicci al centro delle galassie e li ingrandissi di un fattore 11? Questo è ciò che i ricercatori hanno suggerito in un articolo di settembre che discuteva della possibilità di "buchi neri incredibilmente grandi" (LASTRE).
Questi oggetti peseranno almeno 1 trilione di volte la massa del Sole, 10 volte di più del più grande buco nero attualmente conosciuto, il mostro di massa solare di 66 miliardi chiamato IL TUO 618. Alcuni degli SLAB potrebbero essersi formati nell'universo primordiale, creando un'altra classe di buchi neri primordiali, il che significa che potremmo vedere la loro impronta nel fondo cosmico a microonde quando il nostro universo aveva solo 380 anni. Altri potrebbero essere rilevati osservando come piegano la luce di stelle lontane se capita che una SLAB si trovi tra di noi. Questo concetto rimane ancora ipotetico, ma sta attirando una maggiore attenzione.
La maggior parte delle coppie di buchi neri rilevate dagli strumenti LIGO e Virgo hanno approssimativamente la stessa massa. Ma ad aprile, la collaborazione ha annunciato che stava guardando la catastrofe più asimmetrica.
Gli oggetti che si sono scontrati a una distanza di circa 2,4 miliardi di anni luce da noi avevano una massa rispettivamente di circa 8 e 30 volte quella del nostro Sole. Un tale evento inaspettato è stato considerato abbastanza raro che le installazioni di onde gravitazionali non se ne sarebbero accorte dopo solo pochi anni. La scoperta sfida questi presupposti e spinge i ricercatori a considerare la possibilità di fusioni gerarchiche, in cui un buco nero si scontra con un altro, e quindi il residuo risultante si fonde con un altro buco nero.
Quando un oggetto massiccio si avvicina a un buco nero a una certa distanza, le forze gravitazionali estreme presenti possono strappare l'oggetto in lunghi filamenti di materiale che si disperdono ovunque.
Questo processo, colloquialmente chiamato spaghettificazione, è stato osservato raramente perché la maggior parte dei buchi neri è circondata da una nuvola oscura di gas e polvere. Ma ad ottobre, gli astronomi dell'Osservatorio europeo australe sono riusciti a scattare una foto Spaghettizzazione della stella con dettagli senza precedenti utilizzando sia il Very Large Telescope che il New Technology Telescope. Questo evento, noto come A 2019qiz, fornirà ai ricercatori informazioni dettagliate su tali fenomeni e li aiuterà a comprendere meglio la gravità in condizioni estreme.
Nessuno vuole avvicinarsi troppo a un buco nero. Fortunatamente, il cosmico Pac-Man è stato avvistato a maggio in orbita attorno a una coppia di stelle compagne conosciute come FC 6819, è a una distanza di sicurezza astronomica dai suoi partner.
Il nuovo buco nero si nasconde a 1000 anni luce dalla Terra nella costellazione meridionale del Telescopium, tre volte più vicino del precedente detentore del record. Gli astronomi non possono osservare direttamente il buco nero stesso, ma sono stati in grado di dedurre la sua presenza in base a come influenza gravitazionalmente altri due oggetti nel sistema. Gli osservatori nell'emisfero australe possono vedere le stelle del sistema HR 6819 ad occhio nudo osservando una mappa stellare e guardando nella costellazione del Telescopium, vicino al confine con la costellazione del Pavo.
Affinché si formi un buco nero, materia ed energia devono collassare fino a un punto minuscolo di densità infinita. Dal momento che tali infiniti dovrebbero essere fisicamente impossibili, i teorici hanno cercato a lungo un modo per aggirare un risultato così strano.
Secondo la teoria delle stringhe, che sostituisce tutte le particelle e le forze con stringhe subatomiche e vibranti, i buchi neri potrebbero rivelarsi qualcosa di ancora più strano: un groviglio di stringhe fondamentali, come un filo fuzzy. In ottobre, uno studio ha mostrato che se gli atomi nelle stelle di neutroni, un tipo di residuo stellare non abbastanza denso da formare un buco nero, fossero in realtà un fascio di stringhe, comprimere insieme quelle stringhe non formerebbe effettivamente un buco nero, ma un palla soffice: sarebbe simile al gomitolo di lana sopra menzionato. La strana idea non è stata ancora completamente implementata, ma è una delle possibili alternative al lavoro con l'infinito.
Secondo i fisici, ogni buco nero dovrebbe essere circondato dai cosiddetti orizzonte degli eventi - un confine attraverso il quale, caduto, non uscirai mai. Tuttavia, da quando i buchi neri sono stati postulati per la prima volta, i ricercatori si sono chiesti se un orizzonte degli eventi sia strettamente necessario.
Può esserci un buco nero senza di esso, cosiddetto buco nero "nudo".? Questo può essere pericoloso perché le leggi note della fisica vengono violate all'interno dell'orizzonte degli eventi di un buco nero e un buco nero nudo non può fornire la protezione di questa barriera. Mentre la maggior parte dei teorici crede che la nudità sia un divieto per i buchi neri, un giornale di novembre ha affermato che c'è un modo per verificarlo con certezza. Il trucco è cercare differenze nei dischi di accrescimento o anelli di gas e polvere formati dall'alimentazione del buco nero, che possono indicare una differenza visibile tra buchi neri nudi e normali.
Il Natale è arrivato in anticipo quest'anno per gli scienziati dei buchi neri. In ottobre, la comunità di osservatori LIGO e la sua controparte europea Virgo hanno pubblicato un nuovo ampio catalogo di decine di segnali di onde gravitazionali, scoperto nel periodo da aprile a settembre 2019.
I 39 eventi includevano una serie di scoperte intriganti, come una massiccia fusione di buchi neri che ha portato a un residuo con la massa di 142 Soli, un evento estremamente unilaterale con masse di oggetti più grandi del Sole e un oggetto misterioso che è apparso essere un piccolo buco nero o una grande stella di neutroni. I ricercatori sono rimasti entusiasti dei dati, che hanno mostrato che gli oggetti ricevono in media un nuovo segnale ogni cinque giorni e intendono utilizzarlo per comprendere meglio il comportamento e la frequenza delle fusioni di buchi neri.
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