Nel rendering di questo artista per gentile concessione della NASA, i resti di una stella lacerata da un buco nero formano un disco attorno al centro del buco nero, mentre i getti vengono espulsi da entrambi i lati. I getti possono viaggiare quasi alla velocità della luce, e scaricano la loro alta energia lungo la strada. Una nuova ricerca di UMBC in Nature Communications mostra che la dissipazione di energia avviene molto più lontano dal centro del buco nero di quanto si pensasse in precedenza. I metodi per lo studio, tecniche statistiche standard e affidamento minimo su ipotesi di qualsiasi particolare modello di jet, rendono i risultati difficili da contestare. I risultati offrono indizi sulla formazione e la struttura dei getti. Credito:NASA
I buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono gli oggetti più massicci dell'universo. Vanno da circa 1 milione a oltre 10 miliardi di volte la massa del Sole. Alcuni di questi buchi neri eruttano anche giganteschi, getti di plasma surriscaldati quasi alla velocità della luce. Il modo principale in cui i getti scaricano questa potente energia di movimento è convertendola in raggi gamma ad altissima energia. Però, Ph.D. in fisica UMBC il candidato Adam Leah Harvey dice:"Come esattamente questa radiazione viene creata è una domanda aperta".
Il getto deve scaricare la sua energia da qualche parte, e il lavoro precedente non concorda dove. I primi candidati sono due regioni fatte di gas e luce che circondano i buchi neri, chiamato la regione a linea larga e il toro molecolare.
Il getto di un buco nero ha il potenziale per convertire la luce visibile e infrarossa in entrambe le regioni in raggi gamma ad alta energia, cedendo parte della sua energia. La nuova ricerca di Harvey, finanziata dalla NASA, fa luce su questa controversia offrendo una forte evidenza che i getti rilasciano principalmente energia nel toroide molecolare, e non nella regione a linea larga. Lo studio è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura e co-autore dei fisici UMBC Markos Georganopoulos e Eileen Meyer.
Lontano
La regione a linea larga è più vicina al centro di un buco nero, ad una distanza di circa 0,3 anni luce. Il toro molecolare è molto più lontano, più di 3 anni luce. Mentre tutte queste distanze sembrano enormi per un non astronomo, il nuovo lavoro "ci dice che stiamo ottenendo la dissipazione di energia lontano dal buco nero alle scale rilevanti, " spiega Harvey.
"Le implicazioni sono estremamente importanti per la nostra comprensione dei getti lanciati dai buchi neri, " Dice Harvey. Quale regione assorbe principalmente l'energia del getto offre indizi su come si formano inizialmente i getti, prendere velocità, e diventano a forma di colonna. Per esempio, "Indica che il getto non è abbastanza accelerato su scale più piccole per iniziare a dissipare energia, "Dice Harvey.
Altri ricercatori hanno proposto idee contraddittorie sulla struttura e sul comportamento dei getti. A causa dei metodi affidabili usati da Harvey nel loro nuovo lavoro, però, si aspettano che i risultati siano ampiamente accettati nella comunità scientifica. "I risultati fondamentalmente aiutano a limitare quelle possibilità, quei diversi modelli, di formazione di getti".
Su solide basi
Per giungere alle loro conclusioni, Harvey ha applicato una tecnica statistica standard chiamata "bootstrapping" ai dati di 62 osservazioni di getti di buchi neri. "Molto di ciò che è venuto prima di questo documento è stato molto dipendente dal modello. Altri documenti hanno fatto molte ipotesi molto specifiche, considerando che il nostro metodo è estremamente generale, " spiega Harvey. "Non c'è molto da minare l'analisi. Sono metodi ben compresi, e usando solo dati osservativi. Quindi il risultato dovrebbe essere corretto".
Una quantità chiamata fattore seme è stata fondamentale per l'analisi. Il fattore seme indica da dove provengono le onde luminose che il getto converte in raggi gamma. Se la conversione avviene al toro molecolare, è previsto un fattore seme. Se accade nella regione a linea larga, il fattore seme sarà diverso.
georgianopolo, professore associato di fisica e uno dei consulenti di Harvey, originariamente sviluppato il concetto di fattore seme, ma "applicando l'idea del fattore seme abbiamo dovuto aspettare qualcuno con molta perseveranza, e questo qualcuno era Adam Leah, "Dice Georganopolous.
Harvey ha calcolato i fattori seme per tutte le 62 osservazioni. Hanno scoperto che i fattori seme rientravano in una distribuzione normale allineata quasi perfettamente attorno al valore atteso per il toro molecolare. Questo risultato suggerisce fortemente che l'energia del getto si sta scaricando in onde luminose nel toroide molecolare, e non nella regione a linea larga.
Tangenti e ricerche
Harvey condivide che il supporto dei loro mentori, Georganopoulos e Meyer, professore assistente di fisica, è stato determinante per il successo del progetto. "Penso che senza che mi lascino andare in un sacco di tangenti e ricerche su come fare le cose, questo non sarebbe mai arrivato al livello in cui si trova, "Dice Harvey. "Perché mi hanno permesso di scavare davvero dentro, Sono stato in grado di tirare fuori molto di più da questo progetto".
Harvey si identifica come un "astronomo osservativo, "ma aggiunge, "Sono davvero più un data scientist e uno statistico che un fisico". E le statistiche sono state la parte più eccitante di questo lavoro, dicono.
"Penso solo che sia davvero fantastico che sia stato in grado di capire i metodi per creare uno studio così forte su un sistema così strano che è così lontano dalla mia realtà personale". dice Harvey. "Sarà divertente vedere cosa ne farà la gente".
