L'impressione di questo artista mostra una stella che attraversa l'orizzonte degli eventi di un buco nero supermassiccio situato al centro di una galassia. Il buco nero è così grande e massiccio che gli effetti di marea sulla stella sono trascurabili, e la stella viene inghiottita intera. Gli effetti della lente gravitazionale che distorcono la luce della stella non sono mostrati qui. Credito:Mark A. Garlick/CfA
Gli astronomi dell'Università del Texas ad Austin e dell'Università di Harvard hanno messo alla prova un principio fondamentale dei buchi neri, mostrando che la materia svanisce completamente quando viene trascinata dentro. I loro risultati costituiscono un altro test di successo per la Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein.
La maggior parte degli scienziati concorda sul fatto che i buchi neri, entità cosmiche di così grande gravità che nulla può sfuggire alla loro presa, sono circondati da un cosiddetto orizzonte degli eventi. Una volta che la materia o l'energia si avvicinano abbastanza al buco nero, non può sfuggire, sarà trascinato dentro. Sebbene ampiamente creduto, l'esistenza di orizzonti degli eventi non è stata dimostrata.
"Il nostro scopo qui è trasformare questa idea di orizzonte degli eventi in una scienza sperimentale, e scopri se gli orizzonti degli eventi esistono davvero o meno, " ha detto Pawan Kumar, un professore di astrofisica presso l'Università del Texas ad Austin.
Si pensa che i buchi neri supermassicci si trovino nel cuore di quasi tutte le galassie. Ma alcuni teorici suggeriscono che invece c'è qualcos'altro, non un buco nero, ma un oggetto supermassiccio ancora più strano che è riuscito in qualche modo a evitare il collasso gravitazionale in una singolarità circondata da un orizzonte degli eventi. L'idea si basa su teorie modificate della Relatività Generale, La teoria della gravità di Einstein.
Mentre una singolarità non ha area superficiale, l'oggetto non collassato avrebbe una superficie dura. Quindi il materiale viene avvicinato - una stella, per esempio, non cadrebbe effettivamente in un buco nero, ma colpisci questa dura superficie e sarai distrutto.
Il primo di una sequenza di due impressioni dell'artista che mostra un enorme, sfera massiccia al centro di una galassia, piuttosto che un buco nero supermassiccio. Qui una stella si avvicina e poi si schianta contro la superficie dura della sfera, lanciando detriti. L'impatto riscalda il luogo dello scontro. Credito:Mark A. Garlick/CfA
Kumar, il suo studente laureato Wenbin Lu, e Ramesh Narayan, un teorico dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hanno messo a punto un test per determinare quale idea è corretta.
"Il nostro motivo non è tanto quello di stabilire che c'è una superficie dura, "Kuma ha detto, "ma per spingere il confine della conoscenza e trovare prove concrete che davvero, c'è un orizzonte degli eventi attorno ai buchi neri".
Il team ha scoperto cosa vedrebbe un telescopio quando una stella colpisce la superficie dura di un oggetto supermassiccio al centro di una galassia vicina:il gas della stella avvolgerebbe l'oggetto, splendente per mesi, forse anche anni.
Una volta che sapevano cosa cercare, il team ha scoperto quanto spesso questo dovrebbe essere visto nell'universo vicino, se la teoria della superficie dura è vera.
"Abbiamo stimato il tasso di caduta delle stelle sui buchi neri supermassicci, "Lui ha detto. "Quasi ogni galassia ne ha uno. Abbiamo considerato solo quelli più massicci, che pesano circa 100 milioni di masse solari o più. Ce ne sono circa un milione entro pochi miliardi di anni luce dalla Terra".
In questa seconda impressione dell'artista viene mostrata un'enorme sfera al centro di una galassia dopo che una stella è entrata in collisione con essa. Questo evento genera enormi quantità di calore e un drammatico aumento della luminosità della sfera. La mancata osservazione di tali brillamenti dal centro delle galassie significa che questo ipotetico scenario è quasi del tutto escluso. Credito:Mark A. Garlick/CfA
Hanno quindi cercato in un recente archivio di osservazioni del telescopio. Pan-STARRS, un telescopio di 1,8 metri alle Hawaii, ha recentemente completato un progetto per rilevare metà del cielo dell'emisfero settentrionale. Il telescopio ha scansionato ripetutamente l'area per un periodo di 3,5 anni, cercando "transitori", cose che brillano per un po' e poi svaniscono. Il loro obiettivo era trovare transitori con la firma luminosa prevista di una stella che cade verso un oggetto supermassiccio e colpisce una superficie dura.
"Data la velocità con cui le stelle cadono sui buchi neri e la densità numerica dei buchi neri nell'universo vicino, abbiamo calcolato quanti di questi transitori Pan-STARRS avrebbe dovuto rilevare in un periodo di funzionamento di 3,5 anni. Si scopre che avrebbe dovuto rilevarne più di 10, se la teoria della superficie dura è vera, " disse Lu.
Non ne hanno trovati.
"Il nostro lavoro implica che alcuni, e forse tutto, i buchi neri hanno orizzonti degli eventi e quel materiale scompare davvero dall'universo osservabile quando viene trascinato in questi oggetti esotici, come ci aspettavamo da decenni, " Disse Narayan. "La Relatività Generale ha superato un altro test critico".
Ora il team propone di migliorare il test con un telescopio ancora più grande:il Large Synoptic Survey Telescope (LSST, Large Synoptic Survey di 8,4 metri). ora in costruzione in Cile). Come Pan-STARRS, LSST effettuerà ripetuti rilievi del cielo nel tempo, transitori rivelatori, ma con una sensibilità molto maggiore.
Questa ricerca è stata pubblicata nel numero di giugno della rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
