Buchi neri supermassicci: Behemoth galattici

C'è un buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia. Non può essere visto direttamente attraverso i telescopi o con i nostri occhi, ma gli astronomi sanno che è lì. In effetti, ci sono buchi neri supermassicci nel cuore di molte galassie. Come fanno gli astronomi a sapere che questi mostri si nascondono nei nuclei galattici? Usano una varietà di metodi per studiare la luce mentre passa da un buco nero e studiano anche la regione intorno a un buco nero per capire come influenza le nuvole di gas, polvere e persino le stelle vicine. Attualmente, il buco nero supermassiccio nella Via Lattea, chiamato Sagittario A *, è abbastanza silenzioso e gli astronomi lo monitorano in molte lunghezze d'onda della luce per comprenderne le azioni.

Buchi neri sono i preferiti nelle storie di fantascienza e nei media. A volte vengono utilizzati come dispositivo per la trama per consentire una sorta di trucco interstellare di viaggio. Oppure, sono presenti nei viaggi nel tempo o in qualche altro elemento importante di una storia. Per quanto affascinanti siano tali storie, la realtà dietro questi strani behemoth è più intrigante di quanto gli scrittori possano immaginare. Quali sono i fatti che circondano i buchi neri supermassicci? C'è qualche scienza dietro le raffigurazioni di fantascienza dei buchi neri supermassicci? Scopriamolo.

Generalmente, buchi neri supermassicci sono proprio quello che dice il loro nome: buchi neri davvero enormi. Misurano in centinaia di migliaia di masse solari (una massa solare equivale alla massa del Sole) fino a miliardi di masse solari. Possiedono un potere immenso e esercitano un'influenza incredibile sulle loro galassie.

I buchi neri più supermassicci esistono nei nuclei di galassie. Quella posizione centrale consente loro di aiutare (almeno parzialmente) a tenere insieme le galassie. La loro gravità è così immensa, a causa della loro incredibile massa, che persino le stelle a centinaia di migliaia di anni luce di distanza sono orbitate attorno a loro e ai nuclei della galassia in cui vivono.

Ogni volta che gli astronomi parlano di buchi neri, la proprietà principale che usano che distingue i buchi neri da altri oggetti "normali" l'universo è densità. Questa è la quantità di "roba" contenuta nel volume di un buco nero. La densità ai nuclei dei buchi neri è così alta che diventa essenzialmente infinita. In particolare, il volume (la quantità di spazio occupata da un buco nero e la sua massa nascosta) si avvicina a zero. Ciò significa che è poco più di un piccolo punto nello spazio, ma quel piccolo punto, chiamato singolarità, contiene un'incredibile quantità di massa. Questo lo rende incredibilmente denso. Quella densità è diffusa in tutta la regione del buco nero, dalla singolarità alla orizzonte degli eventi (che è il punto in cui la gravità del buco nero è troppo forte per qualsiasi cosa resistere.

Sembra che l'interno del buco nero (oltre l'orizzonte degli eventi) possa essere incredibilmente schiacciato, senza spazio. È interessante notare che c'è un esperimento mentale che dice che la densità media dei buchi neri supermassicci può effettivamente essere inferiore alla stessa aria che respirano gli umani. In effetti, maggiore è la massa, il Di meno denso è il buco nero supermassiccio, se si considera l'intero volume dell'area dalla singolarità all'orizzonte degli eventi. La massa sarebbe distribuita attraverso quella regione, con più massa alla singolarità che nella "periferia".

Se questo è vero, allora non sarebbe solo possibile avvicinarsi a un buco nero supermassiccio, si potrebbe teoricamente cadono in un buco nero supermassiccio e sopravvivono per un bel po 'di tempo fino ad avvicinarsi al singolarità. Tuttavia, c'è un grosso problema: la gravità. È così forte che qualsiasi cosa che passa all'orizzonte degli eventi sarebbe lacerata dall'estrema forza gravitazionale. Questo per quanto riguarda i viaggi wormhole!

La formazione di buchi neri supermassicci è ancora uno dei misteri dell'astrofisica. I buchi neri normali sono i resti principali lasciati dal supernova esplosione di una stella massiccia. Più massiccia è la stella, più massiccio è il buco nero lasciato alle spalle.

Si potrebbe quindi supporre che i buchi neri supermassicci siano creati dal collasso di una stella supermassicci. Il problema è che sono state rilevate poche stelle di questo tipo. Inoltre, la fisica ci dice che in primo luogo non dovrebbero nemmeno esistere. Tuttavia, lo fanno. Le stelle più massicce sono dozzine a cento volte la massa del Sole. Alcuni rari ipergiganti possono arrivare a 300 masse stellari. Tuttavia, anche questi mostri sono molto lontani dai tipi di masse che sarebbero necessari per creare un buco nero supermassiccio. Per dirla senza mezzi termini: per creare un buco nero supermassiccio è necessaria MOLTA più massa di quella contenuta anche nelle stelle più supermassicci.

Quindi, se questi oggetti non sono creati nel modo tradizionale di altri buchi neri, da dove provengono i mostri buchi neri? L'idea principale è che hanno formato buchi neri molto più piccoli per costruirne di grandi. Alla fine, l'accumulo di massa porterebbe alla creazione di un buco nero supermassiccio. Questa è una teoria gerarchica per costruire un buco nero supermassiccio. Ci sono alcuni problemi con questa teoria perché richiede lo studio di buchi neri supermassicci di "massa intermedia". Sarebbero gli "in b tra i gradini" dai piccoli buchi neri ai mostri supermassicci. Gli astronomi stanno iniziando a rilevarne di più e studiano le loro caratteristiche particolari per colmare le lacune nella teoria gerarchica.

Un'altra teoria di spicco sulla creazione di buchi neri supermassicci è che si sono formati nei primi momenti successivi al Big Bang. Certo, non tutto è completamente compreso sulle condizioni durante quel periodo al fine di capire come i buchi neri hanno avuto un ruolo e ciò che ha stimolato la loro formazione.

Le osservazioni dei noti buchi neri supermassicci e di massa intermedia suggeriscono che la teoria della fusione è probabilmente la spiegazione più semplice. Esame dei buchi neri supermassicci più antichi, più distanti e massicci, quasar in particolare, mostra che ci sono prove che la fusione di molte galassie ha giocato un ruolo. Quando le galassie si fondono, sembra che anche i loro buchi neri lo facciano. Le concentrazioni svolgono un ruolo nel modellare le galassie che vediamo oggi, e quindi ha senso che i loro buchi neri centrali possano venire per la corsa e crescere insieme alle galassie. È interessante notare che quando questi buchi neri si fondono, inviano molta energia. L'azione emette anche onde gravitazionali, che gli astronomi sono appena in grado di misurare.

Se le fusioni sono la risposta, forniscono una soluzione parziale al problema del buco nero intermedio. In entrambi i casi, la risposta non è ancora chiara. Molto più lavoro deve essere fatto per osservare e caratterizzare le galassie e i loro buchi neri.

Tornando alla fantascienza e ai buchi neri, ci sono proprietà che piegano completamente la mente che gli scrittori hanno usato. Storie di più veloce della corsa leggera, corsa interstellare e il viaggio nel tempo pervade i romanzi di fantascienza. Esistono persino teorie secondo cui i buchi neri sono gateway per universi alternativi.

Quindi ci sono prove a sostegno di una di queste idee? In realtà sì, anche se solo in circostanze molto estreme. L'idea di usare i buchi neri come wormhole che in qualche modo ci collegano con l'altro lato dell'universo esiste da decenni. È una fantasia fantastica e fantasiosa che probabilmente non diventerà realtà presto.

Le possibilità sono state persino calcolate usando una fisica seria e relatività generale. Quindi, teoricamente, queste cose potrebbero accadere, come è stato mostrato nel film del 2014 Interstellare. Il fisico che ha lavorato con i cineasti ha escogitato alcune idee teoriche a supporto del film e ha lavorato scientificamente. Tuttavia, la tecnologia richiesta non è ancora disponibile e devono essere soddisfatte varie condizioni speciali. Ma chi lo sa - una volta si riteneva impossibile gran parte della tecnologia che gli umani usano oggi per il volo.

• Buchi neri supermassicci esistono nel cuore di molte galassie, compresa la Via Lattea.
• Alcune galassie, come la galassia di Andromeda, possono avere più di uno di questi mostri.
• Quando le galassie si fondono, anche i loro buchi neri possono fondersi.
• I buchi neri supermassicci possono contenere fino a miliardi di masse stellari nascoste all'interno.
• La nostra Via Lattea ha un buco nero supermassiccio chiamato Sagittario A *

• Mohon, Lee. "I buchi neri supermassicci stanno superando le loro galassie." NASA, NASA, 15 febbraio 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Azzerarsi su come si sono formati i buchi neri supermassicci." Scientific American, 29 settembre 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “Supermassive Black Hole | COSMO." Centro per astrofisica e supercomputer, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive buco nero.

Modificato e aggiornato da Carolyn Collins Petersen.