Buco Nero colto in flagrante mentre Divora una Stella

L’atto di “cannibalismo cosmico”, avvenuto a 3.8 miliardi d’anni luce dalla Terra, ha prodotto un fascio ad altissima energia diretto esattamente verso di noi, ed è stato osservato – per la prima volta – sin dagli istanti iniziali. Lo descrivono in dettaglio due articoli in uscita domani sulla rivista Nature. Fondamentale il contributo dell’Italia alla scoperta: ben dodici fra gli autori di uno dei due articoli sono ricercatori dell’INAF, e quattro tra gli autori, di cui uno ASI, operano presso l’ASI DATA CENTER di Frascati. Le prime avvisaglie risalgono al 28 marzo scorso, quando, dal buio cosmico, un fascio di raggi X – molto  intenso e  con un’energia  insolitamente elevata –  investe  in pieno  il  satellite Swift della NASA (realizzato con partecipazione italiana e inglese). Da allora, pur scemando, il flusso non s’è più arrestato. Gli astronomi  lo hanno osservato e analizzato per mesi, con strumenti dallo  spazio  e  da  Terra,  fra  i  quali  il  Telescopio  Nazionale  Galileo  dell’INAF.  Ora  due  studi, pubblicati sul numero del 25 agosto della rivista Nature, ricostruiscono l’incidente cosmico che ha dato origine al fenomeno. «È  accaduto  che  un  buco  nero  di  taglia  extralarge  s’è mangiato  una  stella»,  è  la  sintesi  di Gabriele Ghisellini,

dirigente di ricerca presso l’INAF-Osservatorio astronomico di Brera e fra i coautori di uno dei due articoli. «La malcapitata ha avuto  la sventura d’avvicinarsi troppo al raggio  d’influenza  del  mostro,  finendo  spappolata  in  tanti  detriti  e  divorata  in  un  tempo relativamente  breve.  In  seguito  a  quest’ingestione,  si  sono  formati  due  getti,  in  direzioni opposte,  che  trasportavano  parti  della  stella  distrutta  e  una  notevole  quantità  di  campo magnetico. Non  solo:  uno di  questi getti  si  è diretto  esattamente  verso  la  Terra.  Ed  è  stata proprio quest’ultima particolarità a rendere l’evento così eccezionale, perché è molto raro che il nostro pianeta venga a trovarsi al centro del mirino di questi getti spaventosamente veloci». «Quello che Swift ha rivelato il 28 marzo scorso», aggiunge Paolo Giommi, direttore dell’ASI Science Data Center, «è un evento unico, previsto dai modelli teorici ma mai osservato prima, né da Terra né dallo spazio. Per scoprirlo c’è voluto un satellite dedicato alla rivelazione delle esplosioni cosmiche (che avvengono soprattutto nella banda dei raggi X o dei raggi gamma) e alcuni  anni di  ascolto  ininterrotto  (Swift  è  in  orbita dal novembre 2004).  È  importante  che  i satelliti scientifici  rimangano operativi  il più a  lungo possibile per poter scoprire eventi molto rari, ma anche molto importanti, come Swift J1644+57». Swift  J1644+57  è  il  nome  del  protagonista  di  questo  evento  straordinario:  un  buco  nero dormiente, nel cuore d’una galassia a 3.8 miliardi d’anni luce dalla Terra, nella costellazione del Dragone,  che  all’improvviso  si  risveglia.  La maggior  parte  delle  galassie,  inclusa  la  nostra, ospita  al  proprio  centro un  buco

nero  supermassiccio.  La  stima  dei  ricercatori  è  che  Swift J1644+57  abbia una massa  circa doppia  a quella del buco nero da  quattro milioni di masse solari appostato nel cuore della Via Lattea, la nostra galassia. Quando  una  stella  precipita  verso  un  buco  nero,  viene  squarciata  da  intense  maree gravitazionali. Il gas risucchiato finisce per essere confinato in un disco di accrescimento che, vorticando attorno al buco nero, raggiunge rapidamente temperature di milioni di gradi. Il gas situato nella zona interna del disco forma una spirale diretta verso il buco nero, dove il rapido moto orbitale ne amplifica il campo magnetico, dando così origine a una sorta di doppio imbuto attraverso  il  quale  alcune  particelle  riescono  a  sfuggire  in  direzioni  opposte,  lungo  l’asse  di rotazione  del  buco  nero.  Ne  risultano  due  getti  di  materia,  estremamente  collimati,  che raggiungono velocità superiori al 90 per cento della velocità della luce. Uno dei quali, nel caso di Swift J1644+57, era appunto orientato proprio verso la Terra. INFORMAZIONI INTEGRATIVE;   1.  SWIFT: L’AVVISTATORE DI LAMPI GAMMA HA UN OCCHIO ITALIANO.  Se gli astrofisici sono riusciti a documentare il banchetto del buco nero sin dal primo boccone, il  merito  va  anzitutto  alla  velocità  di  risposta  del  satellite  Swift  della  NASA,  lanciato  nel novembre  del  2004  e  progettato  proprio  per  riconoscere  e  reagire  con  immediatezza  al verificarsi  dei  fenomeni  più  violenti  dell’universo:  i  lampi  di  raggi  gamma  (GRB).  «A  Swift contribuiscono sia

INAF che ASI»,  ricorda Gianpiero Tagliaferri,  responsabile scientifico del team  italiano  del  satellite  e  fra  i  coautori  di  uno  degli  articoli  pubblicati  su  Nature.  «In particolare, l’Italia fornisce gli specchi del telescopio X (XRT) e la stazione di terra di Malindi. Il team italiano, inoltre, fornisce il software scientifico per la riduzione dei dati di XRT e partecipa alla  gestione  scientifica  del  satellite,  garantendo  l’immediata  diffusione  delle  informazioni scientifiche sulle nuove sorgenti, in particolare i GRB». 2.  COLD CASE: RICOSTRUZIONE D’UN DELITTO AVVENUTO MILIARDI D’ANNI FA. Pur viaggiando quasi alla velocità della luce, il getto giunto qui sulla Terra il 28 marzo scorso (o meglio, il 25 marzo: un’analisi successiva dei dati di Swift ha infatti evidenziato la presenza di deboli segnali già nei tre giorni precedenti il primo allarme) ha avuto in realtà origine parecchi miliardi  di  anni  fa.  L’atto  di  cannibalismo  di  Swift  J1644+57  non  appartiene  dunque  alla cronaca,  bensì  alla  preistoria  del  cosmo.  E  incastrare  il  colpevole  ha  richiesto  agli  scienziati un’indagine  durata  parecchie  settimane,  qui  di  seguito  ricostruita  passo  passo  da  una  delle autrici  della  ricerca  pubblicata  su Nature, Vanessa Mangano, membro  del  team  di  Swift  e ricercatrice presso l’INAF-IASF di Palermo. SOSPETTO  N.  1:  UN  LAMPO  GAMMA?  Il  primo  segnale  che  qualcosa  stava  accadendo  è stato  un  trigger,  uno  stato  d’allerta,  come  i  tanti  che  Swift  genera  quotidianamente quando rileva un GRB, un gamma-ray burst. Nel giro di quaranta minuti, però, Swift ha generato un  secondo  allarme. «Questo non  è  normale,  i GRB di  solito  si manifestano una volta sola, e questo è

stato il primo indizio a farci pensare che non si trattasse d’un gamma-ray burst», spiega Mangano.  SOSPETTO N. 2: UNA SFXT? «La forma dei flare, e il fatto che la loro l’attività continuasse a distanza di ore, ci hanno suggerito che potesse  trattarsi d’un altro  tipo di  transiente noto,  ovvero  una  SFXT,  una  super-giant  fast  X-ray  transient:  un  sistema  binario costituito  da  una  stella  di  neutroni  e  una  stella  super-gigante,  che  può  dare  luogo  a esplosioni  ricorrenti  e  violente,  molto  simili  a  quelle  che  osservavamo».  Ma  anche questa  seconda  ipotesi,  dopo  appena  27  ore,  viene meno:  le  osservazioni  da  Terra, eseguite  con  telescopi ottici,  stabiliscono  infatti  che  la  sorgente ha un  redshift  troppo elevato per potersi trovare nella nostra galassia: dunque, non può essere una SFXT. SOSPETTO  N.  3:  IL  BUCO  NERO  DI  UN  AGN?  «A  questo  punto  la  vicenda  s’è  fatta imbarazzante»,  ricorda  Mangano.  «È  cominciata  una  sequenza  di  teleconferenze internazionali,  fra  Italia,  Inghilterra  e Stati Uniti,  per  cercare  di  formulare  una  nuova ipotesi.  Dalle  stime  della  quantità  d’energia,  molti  di  noi  hanno  intuito  che  potesse trattarsi d’un buco nero. Però non poteva trattarsi del buco nero di un AGN, un nucleo galattico attivo, perché la sua variabilità era eccessiva». IL  COLPEVOLE:  UN  BUCO  NERO  ALL’INIZIO  DELLA  SUA  ATTIVITÀ.  Non  rimaneva,  a  questo punto, che pensare sì a un buco nero, di quelli supermassicci, ma rimasto fino ad allora dormiente  e  colto  nell’istante  del  risveglio.  Un’ipotesi  avanzata  con  grande  cautela, perché  il  processo  di  risveglio  è

un  fenomeno  che  non  era  mai  stato  osservato  in precedenza. «Sono stati necessari circa una ventina di giorni per ulteriori verifiche, ma alla fine ci siamo convinti che quei  flare non potessero essere dovuti ad altro che a un getto generatosi  in seguito alla  frammentazione d’una stella che si è avvicinata troppo al buco nero». 3.  I DUE ARTICOLI PUBBLICATI SU NATURE – ELENCO DEGLI AUTORI ITALIANI.  Il primo dei due articoli, “Relativistic jet activity from the tidal disruption of a star by a massive black hole”, ha come primo autore David N. Burrows, della Pennsylvania State University, e fra  i  coautori  ci  sono  numerosi  ricercatori  italiani:  Sergio  Campana,  Stefano  Covino,  Paolo D’Avanzo, Dino Fugazza, Gabriele Ghisellini, Andrea Melandri e Gianpiero Tagliaferri dell’INAF- Osservatorio astronomico di Brera; Giancarlo Cusumano, Vanessa Mangano e Patrizia Romano dell’INAF-IASF  di  Palermo;  Paolo  Esposito  dell’INAF-Osservatorio  astronomico  di  Cagliari; Angelo Antonelli  e Gianluca Israel dell’INAF-Osservatorio astronomico di Roma; Valerio D’Elia, Paolo  Giommi,  Matteo  Perri  e  ancora  Angelo  Antonelli  (doppia  affiliazione)  dell’ASI-Science Data Center. Anche  fra gli autori dell’altra  ricerca pubblicata,  “Birth of a  relativistic outflow  in  the unusual gamma-ray  transient  Swift  J164449.31573451”,  guidata  da    Bevin  A.  Zauderer  dello Harvard-Smithsonian  Center  for  Astrophysics,  è  presente  un’astrofisica  italiana:  Raffaela Margutti,  fino  alla  primavera  scorsa  ricercatrice  presso  l’INAF-Osservatorio  astronomico  di Brera e attualmente negli Stati Uniti. Fonti: INAF Istituto Nazionale di Astrofisica & ASI Agenzia Spaziale Italiana

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