In una collaborazione internazionale tra Giappone e Svezia, gli scienziati hanno chiarito come la gravità influisce sulla forma della materia vicino al buco nero nel sistema binario Cygnus X-1. Le loro scoperte, che sono stati pubblicati in Astronomia della natura questo mese, può aiutare gli scienziati a comprendere ulteriormente la fisica della gravità forte e l'evoluzione dei buchi neri e delle galassie.

Vicino al centro della costellazione del Cigno c'è una stella in orbita attorno al primo buco nero scoperto nell'universo. Insieme, formano un sistema binario noto come Cygnus X-1. Questo buco nero è anche una delle fonti più luminose di raggi X nel cielo. Però, la geometria della materia che dà origine a questa luce era incerta. Il team di ricerca ha rivelato queste informazioni da una nuova tecnica chiamata polarimetria a raggi X.

Scattare una foto a un buco nero non è facile. Per una cosa, non è ancora possibile osservare un buco nero perché la luce non può sfuggirgli. Piuttosto, invece di osservare il buco nero stesso, gli scienziati possono osservare la luce proveniente dalla materia vicino al buco nero. Nel caso di Cygnus X-1, questa materia proviene dalla stella che orbita da vicino il buco nero.

La maggior parte della luce che vediamo, come dal sole, vibra in molte direzioni. La polarizzazione filtra la luce in modo che vibri in una direzione. È così che gli occhiali da neve con lenti polarizzate consentono agli sciatori di vedere più facilmente dove stanno scendendo dalla montagna:funzionano perché il filtro taglia la luce che si riflette sulla neve.

"È la stessa situazione con i raggi X duri attorno a un buco nero, Hiromitsu Takahashi, assistente professore dell'Università di Hiroshima e coautore dello studio, ha dichiarato:"Tuttavia, raggi X duri e raggi gamma provenienti da vicino al buco nero penetrano in questo filtro. Non ci sono tali "occhiali" per questi raggi, quindi abbiamo bisogno di un altro tipo speciale di trattamento per dirigere e misurare questa dispersione della luce".

Il team aveva bisogno di capire da dove provenisse la luce e dove si disperdesse. Per effettuare entrambe queste misurazioni, hanno lanciato un polarimetro a raggi X su un pallone chiamato PoGO+. Da li, il team ha potuto mettere insieme quale frazione di raggi X duri riflessa dal disco di accrescimento e identificare la forma della materia.

Due modelli concorrenti descrivono come può apparire la materia vicino a un buco nero in un sistema binario come Cygnus X-1:il lampione e il modello esteso. Nel modello a lampione, la corona è compatta e strettamente legata al buco nero. I fotoni si piegano verso il disco di accrescimento, producendo più luce riflessa. Nel modello esteso, la corona è più grande e si estende in prossimità del buco nero. In questo caso, la luce riflessa dal disco è più debole.

Poiché la luce non si è piegata così tanto sotto la forte gravità del buco nero, il team ha concluso che il buco nero si adattava al modello della corona estesa.

Con queste informazioni, i ricercatori possono scoprire più caratteristiche sui buchi neri. Un esempio è la sua rotazione. Gli effetti della rotazione possono modificare lo spazio-tempo che circonda il buco nero. Lo spin potrebbe anche fornire indizi sull'evoluzione del buco nero. Potrebbe rallentare di velocità dall'inizio dell'universo, oppure potrebbe accumulare materia e girare più velocemente.

"Il buco nero nel Cigno è uno dei tanti, " Ha detto Takahashi. "Vorremmo studiare più buchi neri usando la polarimetria a raggi X, come quelli più vicini al centro delle galassie. Forse comprendiamo meglio l'evoluzione del buco nero, così come l'evoluzione delle galassie."