Corollario alla teoria di Einstein
Nel 1916, Karl Schwarzschild predisse i buchi neri come teoria teorica
Lampi di raggi gamma
Negli anni '30, l'astrofisico indiano SubramanianChandrasekhar ha studiato cosa succede a una stella quando finisce il carburante. Ha scoperto che il risultato finale dipende dalla massa della stella. Se questa stella è davvero grande, diciamo, con una massa di 20 Soli, allora il suo nucleo denso collassa fino a diventare un buco nero.
Lampi di raggi gamma rilevati da apparecchiature a terra. (Credito immagine: NASA / Swift / Cruz deWilde)
Tutto questo accade in modo incredibilmente veloce, inin pochi secondi e rilascia un'enorme quantità di energia sotto forma di lampo di raggi gamma. Questo bagliore può emettere nello spazio tanta energia quanta ne emette una stella normale durante tutta la sua vita. E i telescopi sulla Terra hanno rilevato diversi eventi simili quando nascono i buchi neri, nonostante una distanza di miliardi di anni luce.
Onde gravitazionali
I buchi neri non esistono sempre isolatamentea volte appaiono in coppia, orbitando l'uno attorno all'altro. Quando lo fanno, l’interazione gravitazionale tra loro crea increspature nello spaziotempo che si espandono come onde gravitazionali. A proposito, questa è un'altra previsione della teoria della relatività di Einstein.
Un'impressione artistica delle onde gravitazionali.I buchi neri orbitanti tra loro creano increspature nello spaziotempo che viaggiano verso l'esterno sotto forma di onde gravitazionali (Immagine per gentile concessione di R. Hurt / Caltech-JPL)
Osservatori come LIGO e Virgo danno agli scienziatila capacità di rilevare queste onde. I fisici hanno annunciato la prima scoperta associata alla fusione di due buchi neri nel 2016. Man mano che la sensibilità del rivelatore aumenta, gli scienziati stanno rilevando altri eventi che hanno innescato le onde gravitazionali. Ad esempio, la collisione tra un buco nero e una stella di neutroni, avvenuta ben oltre la Via Lattea, a una distanza compresa tra 650 milioni e 1,5 miliardi di anni luce dalla Terra.
Satellite invisibile
Un'altra prova dell'esistenza dei buchi neri— la loro influenza gravitazionale su altre stelle. Osservando la solita coppia di stelle rotanti HR 6819 nel 2020, gli astronomi hanno notato stranezze nel loro movimento.
La stampa dell'artista mostra le orbite degli oggetti nel sistema triplo HR 6819. (Immagine per gentile concessione di L. Calzada / ESO)
Possono essere spiegati solo dalla presenzaterzo oggetto completamente invisibile. Gli scienziati hanno calcolato la sua massa - si è rivelata quattro volte quella del Sole - e si sono resi conto che poteva essere solo un buco nero. A proposito, è uno dei più vicini alla Terra, situato a soli 1000 anni luce da essa.
Oggetto a raggi X
Il primo oggetto riconosciuto dagli scienziatil'oggetto Cygnus X-1 (o Cyg X-1) divenne un buco nero. Questa è una sorgente di raggi X nella costellazione del Cigno, scoperta nel 1964. Quasi immediatamente gli astronomi hanno ipotizzato che la fonte della radiazione fosse un buco nero, che si trova in un sistema binario insieme ad una supergigante blu. Tuttavia, molti esperti ritenevano che tutte le prove della sua esistenza fossero indirette e che Cygnus X-1 potesse essere, ad esempio, una stella di neutroni. L'astronomo britannico e divulgatore scientifico Stephen Hawking scommise nel 1974 che non era così.
L'ostacolo principale al riconoscimento di Cygnus X-1 come buco nero è l'incertezza della distanza dall'oggetto. Tuttavia, nel 2011, gli astronomi lo hanno calcolato.
Il buco nero Cygnus X-1 sta estraendo materiale da un'enorme stella compagna blu. (Immagine per gentile concessione della NASA/CXC)
Gli autori del nuovo lavoro hanno analizzato i datiraccolti dai radiotelescopi Very Long Baseline Array. Secondo gli scienziati, la distanza del Cygnus X-1 è di 6050 anni luce ±400 anni luce. Inoltre, la massa della supergigante blu è 19 volte la massa del Sole, e la stessa sorgente di raggi X è 14,8 volte la massa solare.
Il nuovo valore di massa è molto maggiore del valore criticoil limite che separa una stella di neutroni e un buco nero (dopo la “morte” una grande stella può trasformarsi in uno di questi oggetti). Pertanto, il nuovo lavoro fornisce la prova che il primo buco nero è effettivamente uno di essi.
Buchi neri supermassicci
I dati degli scienziati indicano che oltre aEsistono buchi neri ordinari e supermassicci. Ognuno di loro ha milioni o addirittura miliardi di masse solari e si nascondono nei centri delle galassie fin dall'inizio della storia dell'Universo.
Al centro della nostra galassia si trova un buco nero supermassiccio in una regione conosciuta come Sagittario A.
(Credito immagine: ESA - C. Carreau)
Secondo la NASA, i buchi neri centrali inle galassie sono circondate da dischi di accrescimento che emettono radiazioni intense a tutte le lunghezze d'onda della luce. Gli scienziati hanno prove che uno di loro - l'oggetto massiccio e compatto Sgr A * (Sagittarius A *) - si trova al centro della Via Lattea. Più le stelle sono vicine, più ruotano - fino all'8% della velocità della luce. Attualmente si stima che il buco nero centrale della Via Lattea sia di circa 4 milioni di masse solari.
Spaghettizzazione
Ulteriori prove dell'esistenza dei buchi neri -questa è la spaghettificazione. Durante questo processo, la tremenda forza gravitazionale del buco nero trascina l'oggetto in sottili fili. Questo di solito accade con una stella che si è avvicinata a un buco nero. Nell'ottobre 2020, gli astronomi hanno assistito alla spaghettificazione. Hanno visto un lampo di luce da una stella mentre un buco nero la faceva a pezzi. È successo in una galassia a 215 milioni di anni luce dalla Terra.
E infine - un'immagine diretta
Nell’aprile 2019, gli scienziati hanno ottenuto la prima immagine diretta del buco nero supermassiccio al centro della galassia attiva Messier 87.
Disco di accrescimento
Questa fotografia è stata scattata dagli astronomi utilizzandoil telescopio Event Horizon. In realtà, questo non è uno strumento, ma una vasta rete di telescopi sparsi in tutto il mondo. La foto mostra chiaramente l'ombra scura di un buco nero solare di 6,5 miliardi contro il bagliore arancione del disco di accrescimento circostante.
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LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) è un osservatorio di onde gravitazionali laser-interferometrico.
Virgo è un rivelatore di onde gravitazionali franco-italiano situato presso l'EGO (European Gravitational Observatory).