Pubblicato il: 4 febbraio 2019 alle 7:00 am

Come sfuggire a un buco nero Nuove simulazioni eseguite in un centro di ricerca della Nasa, forniscono altri indizi sui potenti getti di plasma

di Teresa Terracciano.

Mountain View, 4 Febbraio 2019 – I buchi neri sono noti per il loro appetito vorace, si abbuffano sulla materia con tale ferocia che nemmeno la luce può sfuggire una volta inghiottita.

Nuove simulazioni condotte da ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Department of Energy hanno combinato teorie vecchie di decenni per fornire una nuova visione dei meccanismi di azionamento dei getti di plasma che permette loro di rubare energia dai potenti campi gravitazionali dei buchi neri e di spingerla lontano dalle loro voragini.

Le simulazioni potrebbero fornire un utile confronto per osservazioni ad alta risoluzione dal telescopio Event Horizon Telescope, progettato per fornire le prime immagini dirette delle regioni in cui si formano i getti di plasma.

Il telescopio permetterà nuove viste del buco nero al centro della nostra galassia della Via Lattea, così come viste dettagliate di altri buchi neri “supermassicci”.

«Come si può estrarre l’energia nella rotazione di un buco nero per realizzare i getti?», ha detto Kyle Parfrey, che ha guidato il lavoro sulle simulazioni come Postdoctoral Fellow affiliato alla sezione di Scienze Nucleari del Berkeley Lab.

Il decano della NASA Goddard Space Flight Center nel Maryland Parfrey è l’autore principale di uno studio e descrive nei dettagli la ricerca sulle simulazioni.

Le simulazioni, per la prima volta, uniscono una teoria che spiega come le correnti elettriche intorno ad un buco nero attorcigliano i campi magnetici formando getti con una teoria separata che spiega come le particelle che attraversano il punto di non ritorno di un buco nero – l’orizzonte dell’evento – possono apparire ad un osservatore lontano per portare in energia negativa e abbassare l’energia di rotazione del buco nero.

È come mangiare uno spuntino che ti fa perdere calorie piuttosto che guadagnarle. Il buco nero in realtà perde massa in queste particelle di “energia negativa”.

Le simulazioni al computer hanno difficoltà a modellare tutta la complessa fisica coinvolta nel lancio del plasma-jet, che deve tenere conto della creazione di coppie di elettroni e positroni, del meccanismo di accelerazione delle particelle e dell’emissione di luce nei getti.

Il Berkeley Lab ha contribuito ampiamente alle simulazioni al plasma nel corso della sua lunga storia. Il plasma è una miscela gassosa di particelle cariche che è lo stato di materia più comune nell’universo.

Parfrey ha detto di essersi reso conto che simulazioni più complesse per descrivere meglio i getti avrebbero richiesto una combinazione di competenze nella fisica del plasma e nella teoria generale della relatività.

Eseguite in un centro di supercalcolo presso il centro di ricerca della NASA Ames Research Center di Mountain View, California, le simulazioni incorporano nuove tecniche numeriche che forniscono il primo modello di plasma senza collisione – in cui le collisioni tra particelle cariche non giocano un ruolo importante – in presenza di un forte campo gravitazionale associato ad un buco nero.

Le simulazioni producono naturalmente effetti noti come meccanismo Blandford-Znajek*, che descrive i campi magnetici di torsione che formano i getti, e un processo separato che descrive cosa succede quando le particelle a energia negativa sono inghiottite dal buco nero.

Fonte per approfondimenti: Kyle Parfrey, Alexander Philippov, Benoît Cerutti. First-Principles Plasma Simulations of Black-Hole Jet Launching. Physical Review Letters, 2019; 122 (3) DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.035101

* E’ un meccanismo per l’estrazione di energia da un buco nero rotante introdotto da Roger Blandford e Roman Znajek nel 1977 [NASA].

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