Gli enigmi dei buchi neri supermassicci

Il buco nero super massiccio è la tipologia più grande di black holes, con una massa di milioni o di miliardi di volte quella del Sole. Questi mostri cosmici si ritiene siano presenti al centro di tutti i nuclei galattici, compreso quello della Via Lattea.

Come si sono formati i buchi neri supermassicci?

Ci sono ancora molte cose che non sappiamo con sufficiente certezza su questi oggetti cosmici, almeno due centrali per la loro piena comprensione. Il primo quesito aperto è: come si sono formati? Mentre sappiamo bene come si formano i buchi neri di massa stellare, non esiste una spiegazione solida e condivisa di come si sia formata la massa pari a migliaia (se non miliardi di volte) quella solare che è servita a formare gli oggetti che si trovano al centro dei nuclei galattici.

Le ipotesi sono svariate. La prima e più ovvia è per accrezione lenta e graduale di materia a partire da un buco nero di grandezza stellare. Un altro modello considera un denso ammasso stellare che va incontro a collasso perché la capacità termica negativa del sistema porta la dispersione delle velocità verso valori relativistici.
Un’ulteriore ipotesi è l’evoluzione di un buco nero primordiale prodottosi a causa della pressione esterna nei primi istanti dopo il Big Bang.

Una generazione primordiale di stelle

Un’altra possibilità è che sia esistita una generazione primordiale di stelle incredibilmente grandi, con masse decine o anche centinaia di migliaia di volte quella del Sole. Queste stelle avrebbero avuto un ciclo vitale brevissimo formando rapidamente buchi neri molto grandi. Questi buchi neri primordiali avrebbero costituito l’origine dei buchi neri super massicci che oggi siamo in grado di osservare e teorizzare.

Nell’attuale universo queste stelle non esisterebbero più anche se, secondo uno studio apparso circa un mese fa, ne potremmo trovare traccia scrutando nel passato remoto dell’universo, osservazione che potrebbe essere compiuta quando il tanto atteso James Webb Telescope sarà finalmente collocato nello spazio.

Perché alcuni di questi buchi neri emettono getti di materia?

Un’altra cosa che non ci è del tutto chiara è come mai alcuni di loro emettono potenti getti di materia, espulsi verso l’esterno a folle velocità. L’attrazione gravitazionale di un buco nero dovrebbe essere così interna che la materia che si trova ad orbitare vicino al bordo dell’orizzonte degli eventi dovrebbe essere risucchiata verso l’interno di questi “cannibali” dello spazio.

Secondo alcuni modelli teorici questo apparente contro senso dipenderebbe dalla presenza di un forte campo magnetico all’interno dei nuclei galattici. L’ipotesi troverebbe una qualche conferma da una serie di osservazione effettuate con l‘Event Horizon Telescope. In particolare questa collaborazione, circa due anni fa, ha prodotto la prima immagine di un buco nero supermassiccio, collocato al centro della galassia M87, distante dal Sole circa 54 milioni di anni luce.

Il caso di M87

Questo buco nero emette getti di materia particolarmente potenti che si estendono fino a distanze di circa 5.000 anni luce. Sempre nel mese di marzo di quest’anno, la stessa collaborazione ha presentato una nuova analisi della radiazione proveniente da M87. Si tratta del primo studio della polarizzazione delle onde elettromagnetiche prodotte attorno ad un buco nero.

La polarizzazione della radiazione elettromagnetica è una caratteristica delle onde elettromagnetiche ed indica la direzione dell’oscillazione del  vettore campo elettrico durante la propagazione dell’onda nello spazio-tempo (il campo magnetico risulterà polarizzato lungo la direzione ortogonale a quella del campo elettrico e alla direzione di propagazione).

Dalla polarizzazione un possibile aiuto alla comprensione

Generalmente la polarizzazione è orientata in modo casuale. Tuttavia, in circostanze particolari, le onde possono allinearsi, tutte o in parte, su una direttrice preferenziale. Analizzando la polarizzazione possiamo quindi ricavare indizi sui meccanismi fisici che l’hanno prodotta. Il risultato di queste analisi potrà fornirci uno spiraglio per comprendere meglio la relazione tra il campo magnetico e l’espulsione dei getti di materia.

Fonti:

alcune voci di Wikipedia

Le Scienze, maggio 2021, ed. cartacea