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Come si osservano i buchi neri


Per definizione, un buco nero non può essere osservato direttamente. Può però essere identificato in modo indiretto grazie agli effetti gravitazionali che induce sulla materia circostante, per esempio dai raggi X emessi da gas e particelle che cadono verso il suo centro di gravità: nel processo di caduta, infatti, l'energia gravitazionale della materia si trasforma in energia cinetica, che aumenta sempre più all'aumentare della velocità, fino a raggiungere valori che portano la materia a temperature di alcuni milioni di gradi, cioè all'emissione di raggi X. Se un buco nero orbita attorno a una stella normale il sistema può diventare una cosiddetta 'binaria X': in questo caso fluisce continuamente verso il buco nero la materia sfuggita all'attrazione gravitazionale dell'altra stella. In realtà questo processo è molto più complesso, in quanto la materia proveniente dalla stella possiede un moto rotatorio e pertanto, prima di precipitare nel buco nero, inizia a ruotare attorno a esso, formando una struttura abbastanza stabile chiamata disco di accrescimento, dal quale le particelle scendono lentamente verso il buco nero.

Un buco nero si studia da ciò che lo circonda

La misura delle accelerazioni (più che quella delle velocità) di stelle in orbita attorno a un buco nero fornisce importanti informazioni sulle proprietà di quest'ultimo. L'accelerazione è un vettore, pertanto di essa si calcolano sia la direzione sia il valore assoluto. La posizione del buco nero si ricava dal luogo in cui si intersecano le direzioni delle accelerazioni di qualche stella. La massa invece si determina dal valore assoluto delle accelerazioni, se si conosce la distanza delle stelle dal buco nero: si utilizza semplicemente la legge di gravitazione universale.

Questo metodo è comune in astronomia: anche la massa del Sole si misura osservando quanto velocemente i pianeti gli girano intorno. Per ricavare l'accelerazione delle stelle dalle osservazioni bisogna determinare con accuratezza la posizione degli astri e valutare come variano nel tempo le velocità dei loro spostamenti. Questo lavoro risulta più facile per le stelle che si muovono in modo più significativo, tipicamente quelle più vicine al buco nero. Affinché il calcolo delle accelerazioni non risulti affetto da errori, bisogna eliminare il tremolìo causato dalla perturbazione dell'atmosfera terrestre, per esempio prendendo immagini con brevi tempi di esposizione, in modo da 'congelare' il disturbo atmosferico.
In linea di principio non c'è alcun limite alla quantità di massa che un buco nero può possedere (l'importante è che sia compressa in uno stato di alta densità), ma poiché si pensa che la maggior parte di questi oggetti derivino dal collasso di stelle massive, ci si aspetta che la loro massa sia simile a quella di queste stelle.

La natura dei buchi neri

L'esistenza di buchi neri di grande massa costringe a rivedere le idee sulla natura di questi corpi celesti, quindi anche sulla loro reale età. Più un buco nero è massivo più esso occupa spazio. Infatti il raggio del suo orizzonte degli eventi (rg, raggio di Schwarzschild) cresce con la massa M, secondo la relazione rg=2GM/c2, dove G è la costante di gravitazione universale e c la velocità della luce nel vuoto: un buco nero con la massa del Sole avrebbe tale raggio di 3 km, mentre un buco nero con dieci volte la massa solare lo avrebbe di 30 km.
Sono detti attivi i buchi neri che stanno inglobando grandi quantità di materia; questa, nella veloce caduta, si scalda fino a milioni di gradi. Si pensa che la maggior parte delle galassie, compresa la nostra, contenga al centro un buco nero supermassivo, ma non c'è accordo tra gli astrofisici sul tipo di rapporto che esiste tra questi potenti oggetti e le galassie. Alcuni ipotizzano che i buchi neri siano i semi attorno ai quali si sono formate le galassie, cioè che essi abbiano agito come catalizzatori per la loro crescita. Altri sono convinti invece che i buchi neri supermassivi comincino a inglobare massa quando le galassie si sono già formate. Infine, non si esclude che i buchi neri e le galassie si siano sviluppati insieme. Il filmato che segue si riferisce a uno studio sul comportamento dei buchi neri supermassivi presenti al centro delle galassie come la Via Lattea.
Clicca per sapere cos'è un buco nero.

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