Un buco nero supermassiccio ha proiettato un bagliore lontano da noi, ma la sua intensa gravità ha reindirizzato l’esplosione nella nostra direzione

Quasi visto, il turbolento disco di gas in orbita attorno a un buco nero assume un aspetto pazzesco a doppia gobba. L’intensa gravità del buco nero altera i percorsi della luce proveniente da diverse parti del disco, risultando in un’immagine distorta. L’intenso campo gravitazionale del buco nero reindirizza e distorce la luce da diverse parti del disco, ma esattamente ciò che vediamo dipende dal nostro angolo di visione. La maggiore distorsione si verifica quando si visualizza il sistema come un trapezio. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy Schnittman

Nel 1916, Albert Einstein mise a punto la teoria della relatività generale, un viaggio iniziato nel 1905 con i suoi tentativi di conciliare le teorie della gravità di Newton con le leggi dell’elettromagnetismo. Una volta completata, la teoria di Einstein fornì una descrizione unificante della gravità come proprietà geometrica dell’universo, in cui oggetti massicci alterano la curvatura dello spaziotempo, influenzando tutto ciò che li circonda.

Inoltre, le equazioni di campo di Einstein predicono l’esistenza di buchi neri, oggetti così massicci che nemmeno la luce può sfuggire dalle loro superfici. GR prevede anche che i buchi neri piegheranno la luce nelle loro vicinanze, un effetto che gli astronomi possono utilizzare per individuare oggetti distanti. Basandosi su questa tecnica, un team internazionale di scienziati ha realizzato un’impresa senza precedenti osservando la luce causata dal bagliore dei raggi X che si è verificato dietro un buco nero.

Il team era guidato dal Dr. Dan Wilkins, un astrofisico del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology della Stanford University e un astrofisico. NASA Compagno di classe di Einstein. È stato raggiunto da ricercatori della Saint Mary’s University di Halifax, in Nuova Scozia. L’Istituto di Gravità e Universo a Penn State, e l’Istituto olandese SRON per la ricerca spaziale.

Illustrazione di come la luce viene echeggiata da dietro un buco nero. Credito: ESA

Utilizzando i telescopi spaziali XMM-Newton dell’ESA e NuSTAR della NASA, Wilkins e il suo team hanno osservato lampi di raggi X luminosi provenienti da una massa supermassiccia. Buco nero (SMBH) si trova al centro di I Zwicky 1, una galassia a spirale situata a 1.800 anni luce dalla Terra. Gli astronomi non si aspettavano di vederlo, ma a causa dell’intensa gravità del buco SMBH (che proviene da 10 milioni di masse solari), i brillamenti da dietro sono visibili a XMM-Newton e NuSTAR.

La scoperta è stata fatta nel contesto di un’indagine volta a saperne di più sulla brillante e misteriosa luce a raggi X che circonda l’orizzonte degli eventi di un buco nero. Si ritiene che questo «alone» (come viene chiamato) sia causato dal gas che cade costantemente nel buco nero e forma un disco rotante attorno ad esso. Quando l’anello viene accelerato vicino alla velocità della luce, si riscalda fino a milioni di gradi e genera campi magnetici che si attorcigliano in nodi.

Alla fine, questi campi si attorcigliano al punto da esplodere, rilasciando tutta l’energia immagazzinata all’interno. Questa energia viene quindi trasferita al materiale nel disco circostante, producendo un «alone» di elettroni a raggi X ad alta energia. I bagliori di raggi X sono stati visibili per la prima volta a Wilkins e al suo team sotto forma di echi di luce, che sono stati riflessi dall’accrescimento di particelle di gas sulla faccia del buco nero.

In questo caso, il bagliore dei raggi X osservato era così brillante che alcuni raggi X hanno fatto luce sul disco di gas che cade nel buco nero. Quando i brillamenti si sono ritirati, i telescopi hanno rilevato lampi più deboli, che erano echi di razzi che rimbalzavano sul gas dietro il buco nero. La luce di questi lampi è stata riflessa dall’intensa gravità del buco nero ed è diventata visibile ai telescopi, ma con un leggero ritardo.

Questa illustrazione mostra la missione a raggi X XMM-Newton, il più grande satellite scientifico creato dall’Agenzia spaziale europea (ESA) fino ad oggi, in orbita terrestre. Credito: ESA/D. Ducrosse

Il team è stato in grado di determinare la fonte dei lampi di raggi X in base ai «colori» specifici della luce (la sua lunghezza d’onda specifica) emessa. I colori dei raggi X provenienti dal lato opposto del buco nero sono leggermente cambiati a causa dell’intenso ambiente gravitazionale. A questo si aggiunge il fatto che gli echi dei raggi X vengono visti in momenti diversi a seconda di dove si riflettono sul disco, contengono molte informazioni su ciò che sta accadendo intorno al buco nero.

Di conseguenza, queste osservazioni non solo hanno confermato il comportamento previsto dalla relatività generale, ma hanno anche permesso al team di studiare per la prima volta i processi che si verificano dietro un buco nero. Nel prossimo futuro, Wilkins e il suo team vogliono utilizzare questa tecnologia per creare una mappa 3D dei dintorni del buco nero e per indagare su altri misteri del buco nero. Ad esempio, Wilkins e i suoi colleghi vogliono risolvere il mistero di come la corona produca bagliori di raggi X così luminosi.

Queste missioni continueranno a fare affidamento sul telescopio spaziale XMM-Newton, nonché sull’osservatorio a raggi X di prossima generazione proposto dall’Agenzia spaziale europea, noto come Advanced High Energy Astrophysics Telescope (ATHENA). Questi e altri telescopi spaziali che verranno lanciati nei prossimi anni promettono di rivelare molto sulle parti dell’universo che non possiamo vedere e di gettare più luce sui suoi numerosi segreti.

Originariamente inviato in universo oggi.