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    Gli scienziati fanno luce sulla crescita dei buchi neri

    Concezione artistica raffigurante i canali di crescita dei buchi neri nell'universo vicino e lontano. Nell'universo vicino, i buchi neri più piccoli crescono per accrescimento mentre i buchi neri più grandi crescono per fusione. Nell'universo lontano, è vero il contrario. Credito:M. Weiss

    Scienziati del Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian, e la Black Hole Initiative (BHI), hanno fatto luce su come i buchi neri crescono nel tempo sviluppando un nuovo modello per prevedere se la crescita per accrescimento o per fusioni è dominante, secondo i risultati di uno studio presentato oggi al virtuale 236° meeting dell'American Astronomical Society e pubblicato contemporaneamente su The Giornale Astrofisico .

    Dott. Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. Professore di Scienze ad Harvard, e il Dott. Fabio Pacucci, astrofisico e BHI &Clay Fellow presso CfA, hanno sviluppato un modello teorico per determinare il canale principale per la crescita dei buchi neri. Il modello è valido dall'universo locale fino al redshift 10, o più o meno dai giorni nostri a circa 13 miliardi di anni fa.

    Lo studio suggerisce che il principale canale di crescita dipende dalla massa del buco nero e dal redshift. Nell'universo vicino i piccoli buchi neri crescono principalmente per accrescimento, mentre i buchi neri molto grandi crescono principalmente tramite fusioni. Nell'universo molto lontano c'è un'inversione:piccoli buchi neri crescono principalmente per fusioni, grandi buchi neri per accrescimento.

    "I buchi neri possono crescere in due modi. Possono aumentare massa dallo spazio intorno a loro o possono fondersi l'uno con l'altro, formando un altro buco nero massiccio, " ha detto Pacucci. "Attualmente crediamo che i primi buchi neri abbiano iniziato a formarsi approssimativamente con la prima popolazione di stelle, oltre 13,5 miliardi di anni fa." La domanda è:come sono cresciuti questi "semi" per formare la vasta popolazione di buchi neri che gli scienziati ora rilevano nell'universo, da quelli piccoli fino ai mostri molto grandi che osserviamo brillare dall'altra parte del cosmo? Loeb ha aggiunto, "Possiamo limitare la loro storia non solo rilevando la luce ma anche attraverso le onde gravitazionali, le increspature nello spaziotempo prodotte dalle loro fusioni."

    Secondo studi precedenti, Si prevede che i buchi neri che crescono principalmente per accrescimento ruotino molto più velocemente sui loro assi rispetto a quelli che crescono principalmente tramite fusioni. "Come il tasso di rotazione, o girare, influenza fondamentalmente il modo in cui brilla la regione intorno a un buco nero, studiare la principale modalità di crescita dei buchi neri aiuta a fornirci un quadro più chiaro di quanto luminose possano essere queste sorgenti. Sappiamo già che la materia cade verso l'orizzonte degli eventi dei buchi neri e, mentre accelera, si scalda anche e questo gas inizia a emettere radiazioni, — disse Pacucci. — Più materia accresce un buco nero, più luminoso sarà; ecco perché siamo in grado di osservare oggetti lontani come i buchi neri supermassicci. Sono un miliardo di volte più massicce del sole, e sono in grado di emettere enormi quantità di radiazioni in modo che possiamo osservarli da una distanza anche di miliardi di anni luce." Loeb ha inoltre affermato che anche se il loro ambiente è privo di gas, "I buchi neri possono crescere in massa attraverso le fusioni di galassie".

    Buchi neri, e la loro crescita, sembrano svolgere un ruolo chiave nell'evoluzione delle galassie. "Crediamo che ogni galassia contenga un enorme buco nero al centro, che regola la formazione delle stelle nel loro ospite, " disse Pacucci. "Capire come si sono formati i buchi neri, cresciuto e co-evoluto con le galassie è fondamentale per la nostra comprensione e conoscenza dell'universo, e con questo studio, abbiamo un altro pezzo del puzzle".

    La prossima generazione di osservatori spaziali a raggi X e onde gravitazionali, compresa la lince, Atena, AXIS e LISA, la Laser Interferometer Space Antenna, saranno in grado di rilevare la maggior parte dei buchi neri studiati in questo lavoro, fino all'universo primordiale. Le osservazioni future metteranno alla prova il nuovo modello e, infine, amplieranno la conoscenza scientifica della popolazione di buchi neri nel tempo cosmico.

    "Abbiamo già testato il nostro modello con i dati dei buchi neri vicini, ottenendo risultati molto incoraggianti, "ha detto Pacucci. "Il nostro obiettivo in questo studio era di fornire alla comunità scientifica una teoria che descrive come i buchi neri possono essere cresciuti durante l'evoluzione dell'universo. Ciò informerà le decisioni relative alle strategie di osservazione con i futuri telescopi spaziali, oltre a gettare le basi per modelli che descrivono altri aspetti dell'evoluzione dell'universo."

    Loeb, pure, è ottimista per il futuro, "Troviamo 'bambini' sorprendentemente grandi negli asili nido cosmici di buchi neri, ma nei prossimi decenni scopriremo chi erano i loro genitori".


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