LO STUDIO SU ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS

Sgr A*, uno sfarfallio dal buio

Il disco di accrescimento di Sgr A* non sembra essere alimentato dal toro di polvere che lo circonda bensì dal vento stellare di stelle vicine al centro galattico. È quanto suggerisce uno studio condotto dall’Institute for Advanced Study di Princeton, confrontando i dati osservativi relativi ai cambiamenti nella quantità di luce emessa dal buco nero con il pattern previsto dagli attuali modelli numerici

     24/06/2022
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Simulazione del gas incandescente attorno a un buco nero. Crediti: Chris White, Università di Princeton

L’apparenza inganna è un proverbiale modo di dire che può essere applicato anche alla luce. Ad esempio, il bagliore di una lampada a incandescenza che ai nostri occhi sembra fisso, in realtà nasconde una intermittenza; uno sfarfallio talmente veloce – circa 120 volte al secondo – che non siamo in grado di percepire. Un simile sfarfallio è proprio anche della luce emessa dal gas in rapida rotazione attorno a un buco nero. Utilizzando questa caratteristica della luce, un team di ricercatori guidati dall’Institute for Advanced Study di Princeton (Usa) è stato in grado di ricostruire in un unico modello la storia della circolazione del gas che ingurgita Sagittarius A* (Sgr A*, in breve), il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea, di cui poco tempo fa abbiamo visto per la prima volta l’immagine. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Astrophysical Journal Letters.

La domanda alla quale i ricercatori volevano rispondere è la seguente: il disco di accrescimento di Sgr A* – la struttura discoidale contenente gas, plasma, polveri e particelle – di cui esso si nutre, è alimentato da un flusso di materia in arrivo con il vento stellare o dal toro, la nube polverosa a forma di ciambella che circonda il buco nero ma che si trova molto più distante dal disco?

Lo studio è il frutto di tre ricerche precedenti. La prima ricerca – i cui risultati sono stati pubblicati nel 2021 su Astrophysical Journal Letters – riguarda l’introduzione di un metodo per studiare lo sfarfallio dei buchi neri su una scala temporale di pochi secondi, anziché di pochi minuti. Questo progresso ha consentito una caratterizzazione più accurata delle proprietà di Sgr A* in base all’intermittenza della luce che emette. La seconda si concentra sullo studio di ciò che accade al gas vicino ai buchi neri, dove sono importanti i forti effetti della relatività generale, e come questo gas influenzi la luce che arriva a noi. Una pubblicazione di quest’anno su Astrophysical Journal riporta i dettagli dello studio. La terza, infine, ha come oggetto le simulazioni del movimento del gas nei dintorni del buco nero; simulazioni la cui realizzazione ha comportato l’incorporazione nel modello delle osservazioni di stelle vicine e il tracciamento del gas stellare lungo il suo percorso, da quando viene perso dalla stella donatrice fino alla sua caduta nel buco nero. Quest’ultimo studio è descritto su Astrophysical Journal Letter.

I primi autori dei tre studi di cui sopra, rispettivamente, Elena Murchikova, ricercatrice dell’Institute for Advanced Study, Chris White, ricercatore post-doc alla Princeton University e Sean Ressler, post-doc al Kavli Institue for Theoretical Physics della University of California Santa Barbara, hanno utilizzato questi dati per confrontare lo sfarfallio osservato di Sgr A* con quelli previsti dai modelli numerici esistenti, ottenendo i risultati riportati nell’articolo in oggetto, di cui sono co-autori.

«Il risultato si è rivelato molto interessante», sottolinea Murchikova. «I modelli tipici prevedono che ad alimentare il disco di accrescimento sia un anello di gas, approssimativamente a forma di ciambella, posto a una certa distanza dal buco nero» spiega la ricercatrice. «Noi abbiamo scoperto che tali modelli producono schemi di sfarfallio che non sono coerenti con le osservazioni».

Al contrario, sottolineano i ricercatori, il modello che prevede che ad alimentare il disco sia il vento stellare delle stelle vicine al centro galattico riproduce il corretto schema di sfarfallio. «Quando studiamo lo sfarfallio, possiamo vedere i cambiamenti nella quantità di luce emessa dal buco nero secondo per secondo, effettuando migliaia di misurazioni nel corso di una singola notte», aggiunge Chris White. «Tuttavia, questo non ci dice come il gas sia disposto nello spazio, come farebbe un’immagine su larga scala. Combinando questi due tipi di osservazioni, è possibile mitigare i limiti di ciascuno, ottenendo così il quadro più autentico».

Per saperne di più:

Guarda il video sul canale YouTube dell’Institute for Advanced Study: