Grazie a nuovi modelli dettagliati gli scienziati hanno scoperto i meccanismi che stanno alla base dei violenti brillamenti emessi dai buchi neri.

Sebbene i buchi neri non lasciano sfuggire nulla, nemmeno la luce, occasionalmente possono emettere intensi flussi di energia appena al di fuori dell’orizzonte degli eventi. La causa di questi violenti brillamenti era uno dei misteri irrisolti di questi incredibili oggetti cosmici e di recente è stata trovata la risposta. Un team di ricercatori ha utilizzato una serie di supercomputer per creare modelli molto precisi dei campi magnetici dei buchi neri con dettagli maggiori di qualsiasi analisi precedente. E queste simulazioni hanno indicato come la rottura e la ricomposizione dei fortissimi campi magnetici sia la fonte di questi brillamenti.

Gli scienziati sanno da tempo che i potenti campi magnetici fanno parte di una complessa danza di forze, materiali che viaggiano a velocità relativistiche e altri fenomeni fisici che si trovano attorno a un buco nero. Riuscire a creare un modello dettagliato di questa caotica situazione, anche usando supercomputer avanzati, si è sempre rivelata una sfida molto difficile. Ma l’avanzamento tecnologico e l’arrivo di computer sempre più potenti finalmente ha consentito di gestire questi calcoli così complessi.

È così che un gruppo di ricercatori ha utilizzato tre cluster di supercalcolatori separati per produrre l’immagine più dettagliata possibile della fisica che avviene appena fuori l’orizzonte degli eventi di un buco nero.

Buco nero
Simulazione delle emissioni di un buco nero. Credit: B. Ripperda – Astrophysical Journal Letters

Il ruolo chiave dei campi magnetici

Non sorprende che i campi magnetici abbiano un ruolo importante nella fisica di un buco nero.

E ciò che è stato osservato è proprio come la distruzione e la riformazione continua dei complessi campi magnetici sia alla base dei brillamenti. L’energia magnetica rilasciata da questi processi sovralimenta infatti i fotoni presenti nel mezzo circostante. Alcuni di questi fotoni vengono gettati direttamente nell’orizzonte degli eventi del buco nero, ma altri vengono espulsi nello spazio sotto forma di violenti brillamenti.

Le simulazioni hanno mostrato come la rottura e la creazione di connessioni di campo magnetico fosse stata sino ad oggi invisibile alla risoluzione raggiunta dalle precedenti simulazioni. La nuova immagine ottenuta ha infatti una risoluzione di 1000 volte superiore a qualsiasi simulazione di buco nero disponibile in precedenza. Anche le simulazioni più accurate al mondo non possono compensare un modello errato, e le simulazioni precedenti avevano di fatto ignorato le caratteristiche di base delle interazioni dei buchi neri.

E con l’alta risoluzione è arrivata la risposta: le nuove simulazioni hanno modellato accuratamente il modo in cui funziona il processo del campo magnetico attorno all’orizzonte degli eventi.

Buco nero
Il getto relativistico emesso dal buco nero della galassia M87. Credits: ESA\Hubble

Il materiale raccolto nel disco di accrescimento migra inizialmente verso i “poli” del buco nero.

Questa migrazione di materiale incandescente e carico di energia influenza così le linee del campo magnetico che tentano di muoversi con esso. Parte di questo processo di movimento fa sì che alcune delle linee del campo magnetico si interrompano e si riconnettano con una linea di campo diversa. Ciò, in alcuni casi, forma una sacca di materiale che è isolata da altre forze esterne e viene gettata nel buco nero stesso oppure scagliata in direzione opposta nello spazio interstellare, formando i brillamenti che possiamo osservare.

Riferimenti:

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