Con lo stato attuale delle conoscenze scientifiche e delle attrezzature, la comprensione dei buchi neri astrofisici richiede invariabilmente studi dettagliati degli elementi osservabili che li circondano. Il progetto STRONGGRAVITY ha sviluppato nuovi strumenti analitici per fare proprio questo, con particolare attenzione alle radiazioni.

I processi di radiazione che avvengono vicino ai buchi neri ci dicono molto sulla fisica in condizioni estreme, condizioni che nemmeno i più avanzati allestimenti sperimentali possono ricreare. Offrono anche un'opportunità unica per testare la teoria della relatività di Einstein nel regime di campo forte.

Utilizzando i dati della missione satellitare a raggi X XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea, l'Osservatorio europeo meridionale e altre fonti pertinenti, il progetto STRONGGRAVITY (Probing Strong Gravity by Black Holes Across the Range of Masses) mira a comprendere meglio questi processi di radiazione. Dottor Michal Dovciak, insieme al suo team presso l'Istituto Astronomico dell'Accademia Ceca delle Scienze, ha trascorso gli ultimi quattro anni ad analizzare e interpretare osservazioni spettrali a più lunghezze d'onda e tempi rapidi di sistemi contenenti buchi neri al fine di approfondire questa comprensione.

I nuovi strumenti del progetto, che può calcolare lo spettro, proprietà di temporizzazione e polarizzazione delle radiazioni nelle vicinanze del buco nero, si spera non solo di contribuire all'astrofisica, ma anche per consentire nuove ricerche e idee scientifiche in Europa e oltre.

Perché è importante comprendere meglio i processi di radiazione vicino ai buchi neri?

I buchi neri sono abbastanza ben compresi come oggetti matematici, tuttavia ci sono ancora molti misteri su come si comportano come oggetti astrofisici. Come interagiscono con l'ambiente circostante al centro delle galassie? Come si nutrono della materia vicina e qual è la natura del loro accrescimento? Quali sono le ragioni dei deflussi con cui alimentano la galassia ospite?

Tutte le informazioni che possiamo ottenere sui buchi neri in quanto oggetti astrofisici provengono da radiazioni nelle loro immediate vicinanze, soprattutto quelli con energia molto alta. Perciò, ci concentriamo principalmente sui raggi X. Dobbiamo decifrare tutti i processi che creano o influenzano questa radiazione per capire meglio cosa sta succedendo, più specificamente, di quali componenti sono costituiti questi sistemi (disco di accrescimento, corona, venti, eccetera.), quali sono le loro proprietà e come interagiscono reciprocamente.

Su quale tipo di buchi neri ti focalizzi e perché?

Ci concentriamo su numerosi luminosi, sorgenti di nuclei galattici attivi – ognuno dei quali ospita un buco nero supermassiccio con un intervallo di massa equivalente a milioni o miliardi di masse solari – così come alcuni buchi neri di origine stellare all'interno della nostra galassia.

Una particolare fonte di interesse è Sgr A*, il buco nero super-massiccio ma silenzioso al centro della nostra galassia. Ci siamo concentrati sulle specie più attive di buchi neri, poiché ci forniscono la maggior quantità possibile di informazioni per studiarli.

Quali diresti siano stati i principali contributi del progetto?

Abbiamo sviluppato alcuni nuovi strumenti e modelli sofisticati, oltre a quelli preesistenti migliorati. Questi strumenti e modelli vengono ora utilizzati dagli astronomi per comprendere molto meglio i dati che provengono dalle osservazioni terrestri e satellitari.

Usando quegli strumenti, abbiamo ad esempio rilevato il primo accenno alla precessione relativistica dell'orbita di una delle stelle più vicine al buco nero centrale della Via Lattea.

In che modo questi nuovi strumenti contribuiranno alle future missioni come ATHENA?

Li abbiamo già utilizzati per definire il tema scientifico 'Gli ambienti ravvicinati dei buchi neri supermassicci' per la missione ATHENA. Abbiamo simulato osservazioni con diversi strumenti di questa missione per stimarne le prestazioni in diverse possibili configurazioni. I due obiettivi principali in questo tema consistono nel misurare la rotazione del buco nero tramite la riflessione dei raggi X dal disco di accrescimento e la geometria della corona del disco di accrescimento tramite studi di riverbero dei raggi X.

In che modo la comunità scientifica può accedere e utilizzare i tuoi strumenti?

Abbiamo una pagina Web dedicata sul nostro sito Web in cui vengono forniti gli strumenti insieme alla documentazione su come utilizzarli.

Cosa devi ancora raggiungere prima della fine del progetto?

Ci sono diversi sottoprogetti che devono ancora essere completati e vorremmo completarli prima della fine del progetto. Stiamo ancora lavorando sui calcoli dell'influenza che la corona ha sull'emissione del disco di accrescimento, stiamo migliorando il codice per gli studi sul riverbero dei raggi X e vorremmo completare il modello di riflessione per le binarie dei buchi neri galattici.