I buchi neri non sono ciò che mangiano. La relatività generale di Einstein prevede che non importa quanto consuma un buco nero, le sue proprietà esterne dipendono solo dalla sua massa, rotazione e carica elettrica. Tutti gli altri dettagli sulla sua dieta scompaiono. Gli astrofisici chiamano questa congettura stravagante la congettura senza capelli. (Buchi neri, dicono, "non avere capelli.")

C'è una minaccia potenzialmente pelosa alla congettura, anche se. I buchi neri possono nascere con un forte campo magnetico o ottenerne uno sgranocchiando materiale magnetizzato. Un tale campo deve scomparire rapidamente perché la congettura senza capelli regga. Ma i veri buchi neri non esistono isolatamente. Possono essere circondati da plasma, gas così energizzato che gli elettroni si sono staccati dai loro atomi, che può sostenere il campo magnetico, potenzialmente smentire la congettura.

Utilizzando simulazioni al supercomputer di un buco nero inghiottito dal plasma, ricercatori del Centro di Astrofisica Computazionale (CCA) del Flatiron Institute di New York City, La Columbia University e la Princeton University hanno scoperto che la congettura senza capelli è valida. Il team riporta i suoi risultati il ​​27 luglio in Lettere di revisione fisica .

"La congettura senza capelli è una pietra angolare della relatività generale, ", afferma il coautore dello studio Bart Ripperda, un ricercatore presso il CCA e un borsista post-dottorato a Princeton. "Se un buco nero ha un campo magnetico di lunga durata, allora la congettura senza capelli è violata. Fortunatamente una soluzione è arrivata dalla fisica del plasma che ha salvato la congettura senza capelli dall'essere infranta".

Le simulazioni del team hanno mostrato che le linee del campo magnetico attorno al buco nero si rompono e si riconnettono rapidamente, creando sacche piene di plasma che si lanciano nello spazio o cadono nelle fauci del buco nero. Questo processo drena rapidamente il campo magnetico e potrebbe spiegare i brillamenti visti vicino a buchi neri supermassicci, riferiscono i ricercatori.

"I teorici non ci pensavano perché di solito mettono i loro buchi neri nel vuoto, " dice Ripperda. "Ma nella vita reale, c'è spesso plasma, e il plasma può sostenere e portare in campi magnetici. E questo deve adattarsi alla tua congettura senza capelli".

Uno studio del 2011 sul problema ha suggerito che la congettura senza capelli era in difficoltà. Però, quello studio ha esaminato questi sistemi solo a bassa risoluzione, e trattava il plasma come un fluido. Però, il plasma attorno a un buco nero è così diluito che le particelle raramente si scontrano l'una con l'altra, quindi trattarlo come un fluido è una semplificazione eccessiva.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno condotto simulazioni di fisica del plasma ad alta risoluzione con un modello relativistico generale del campo magnetico di un buco nero. In totale, ci sono voluti 10 milioni di ore di CPU per sfornare tutti i calcoli. "Non avremmo potuto fare queste simulazioni senza le risorse computazionali del Flatiron Institute, "dice Ripperda.

Le simulazioni risultanti hanno mostrato come si evolve il campo magnetico attorno a un buco nero. All'inizio, il campo si estende in un arco dal polo nord del buco nero al suo polo sud. Quindi, le interazioni all'interno del plasma fanno gonfiare il campo verso l'esterno. Questa apertura fa sì che il campo si divida in singole linee di campo magnetico che si irradiano verso l'esterno dal buco nero.

Le linee di campo si alternano in direzione, verso o lontano dall'orizzonte degli eventi. Le linee di campo magnetico vicine si collegano, creando un motivo intrecciato di linee di campo che si uniscono e si dividono. Tra due di questi punti di connessione, esiste un vuoto che si riempie di plasma. Il plasma è energizzato dal campo magnetico, lanciandosi verso l'esterno nello spazio o verso l'interno nel buco nero. Mentre il processo continua, il campo magnetico perde energia e alla fine avvizzisce.

criticamente, il processo avviene velocemente. I ricercatori hanno scoperto che il buco nero esaurisce il suo campo magnetico a una velocità del 10% della velocità della luce. "La rapida riconnessione ha salvato la congettura senza capelli, "dice Ripperda.

I ricercatori propongono che il meccanismo che alimenta i brillamenti osservati dal buco nero supermassiccio al centro della galassia Messier 87 potrebbe essere spiegato dal processo di calvizie visto nelle simulazioni. I primi confronti tra loro sembrano promettenti, dicono, anche se è necessaria una valutazione più solida. Se si allineano davvero, i brillamenti energetici alimentati dalla riconnessione magnetica agli orizzonti degli eventi dei buchi neri potrebbero essere un fenomeno diffuso.