Perchè si formano nubi attorno ai buchi neri
Quando lasciamo i maestosi cieli terrestri, il termine “nube” non significa più una struttura bianca in apparenza sofficie responsabile della pioggio. Invece, le nubi nel vasto universo sono zone con dei grumi di densità maggiore dell’ambiente circostante.
Credits: Immagine di Nima Abkenar
I telescopi spaziali hanno osservato queste nubi cosmiche nelle vicinanze di buchi neri supermassicci, quei mistorisi oggetti densi da cui neppure la luce può fuggire, con massi equivalenti a più di 100 000 Soli. C’è un buco nero supermassiccio al centro di quasi tutte le galassie, e viene chiamato “nucleo galattico attivo” (AGN, active galactic nucleus) se sta divorando avidamente gas e polvere dall’ambiente circostante. Il tipo di AGN più luminoso è chiamato “quasar”. Mentre il buco nero stesso non può essere osservato, le zone vicine brillano in maniera intensa quando la meteria viene fatta a pezzi vicino al suo orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno.
Ma i buchi neri non sono davvero delle aspirapolveri spaziali; non si limitano a risucchiare qualsiasi cosa arrivi vicino ad essi. Mentre parte del materiale attorno ad un buco nero cadrà direttamente dentro di esso, per non essere più rivisto, parte del gas vicino viene scagliato verso l’esterno, creando un guscio che si espande per migliaia di anni. Questo perchè l’area vicina all’orizzonte degli eventi è estremamente energetica; la radiazione ad alta energia dovuta alle particelle che si muovono velocemente attorno al buco nero può eiettare una quantità di gas significativa nella vastità del cosmo.
Gli scienziati si sarebbero aspettati che questa fuoriuscita di gas fosse omogenea. Invece, è grumosa, e si estende ben oltre 1 parsec (3,3 anni luce) dal buco nero. Ciascuna nube è inizialmente piccola, ma si può espandere fino a dimensioni maggiori di 1 parsec e potrebbe anche arrivare a coprire la distanza tra la Terra e la stella più vicina a noi dopo il Sole, Proxima Centauri.
L’astrofisico Daniel Proga dell’Università del Nevada, Las Vegas, ha paragonato questi grumi a gruppi di automobili in attesa ad un casello autostradale con semafori frogettati per regolare il flusso di nuovo traffico. “Ogni tanto abbiamo un gruppo di automobili” ha detto.
Cosa spiega questi grumi nello spazio profondo? Proga e colleghi hanno un nuovo modello computazionale che presenta una possibile soluzione al mistero, pubblicato su Astrophysical Journal Letters, con primo autore lo studente di dottorato Randall Dannen. Gli scienziati mostrano che del calore estremamente intenso vicino al buco nero supermassiccio può consentire al gas di fluite verso l’esterno davvero velocemente, ma in un modo che può anche portare alla formazione di grumi. Se il gas accelera troppo velocemente, non sarà sufficientemente freddo da formare i grumi. Il modello considera questi fattori e propone un meccanismo che fa viaggiare il gas lontano, ma allo stesso tempo conduce alla formazione dei grumi.
“Vicino al bordo esterno del guscio c’è una perturbazione che genera una densità del gas un po’ minore di quella precedente” spiega Proga. “Ciò fa in modo che questo gas si scaldi in maniera molto efficiente. Il gas freddo ancora più esterno viene raffreddato da questo.”
Questo fenomeno è in qualche modo simile alla spinta idrostatica che fa galleggiare i palloni riempiti di aria calda. L’aria riscaldata all’interno del pallone è più leggera di quella all’esterno e la densità minore fa in modo che il pallone salga verso l’alto.
“Questo lavoro è importante perché gli astronomi hanno sempre avuto la necessità di posizionare le nubi in determinati posti e associare ad esse determinate velocità per adeguare alle osservazioni degli AGN”, ha detto Dannen. “Spesso non erano preoccupati dei dettagli con cui le nubi si formano, e il nostro lavoro offre una possibile spiegazione della formazione di questi nubi”.
Questo modello guarda solo al guscio di gas, non al disco di materiale spiraleggiante attorno al buco nero che lo sta nutrendo. Il prossimo passo dei ricercatori è esaminare se il flusso di gas abbia origine dal disco stesso. Sono anche interessati ad affrontare il mistero del perchè alcune nubi siano estremamente veloci nei lori moti, con velocità dell’ordine di 10000 chilometri al secondo.