I buchi neri sono, per loro stessa natura, difficili da osservare e complicati da individuare. Di solito, sono le osservazioni del disco di accrescimento a rivelare le proprietà del buco nero nascosto. Spesso c’è materiale sufficiente all’interno del disco di accrescimento per farli brillare così intensamente da essere tra gli oggetti più luminosi nello spazio. È stata rilasciata una meravigliosa immagine che mostra la simulazione ad altissima risoluzione di un disco di accrescimento di un buco nero mai realizzata.

Il concetto di buchi neri è stato teorizzato per la prima volta dal fisico John Mitchell nel 1784, ma è stata la teoria della relatività generale di Einstein a fornire la fisica necessaria per comprenderli. La prima osservazione indiretta di un buco nero risale al 1971 e riguardava Cygnus X-1, il buco nero al centro della nostra galassia. Da allora, sono stati identificati altri candidati, con la prima immagine di un buco nero catturata nel 2019.

Questa immagine a raggi X di Cygnus X-1 è stata scattata da un telescopio aereo, il progetto High Energy Replicated Optics (HERO). Immagine NASA.
L’anatomia dei buchi neri è affascinante e uno degli aspetti più utili per gli astronomi è il disco di accrescimento. Si tratta di un disco vorticoso di polvere e gas che orbita attorno al buco nero, spiraleggiando lentamente verso l’interno prima di essere perduto oltre l’orizzonte degli eventi. Man mano che il materiale accelera, si riscalda a causa delle forze gravitazionali ed emette energia che possiamo spesso rilevare dalla Terra sotto forma di raggi X e radiazioni ultraviolette.
Un team di ricercatori dell’Università Tohoku e dell’Università di Utsunomiya ha annunciato una significativa scoperta nella comprensione dei dischi di accrescimento. Utilizzando la potenza di supercomputer come “Fugaku” (la più grande istituzione di ricerca integrata del Giappone) e “ATERUI II” dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, il team ha creato le simulazioni di disco di accrescimento a risoluzione più alta mai realizzate per modellare la complessa, quasi caotica natura della turbolenza nei dischi.
Tentativi erano stati fatti in precedenza, ma nessuno di essi aveva osservato il range di inerzia, principalmente a causa della mancanza di potenza di calcolo… fino ad ora. Questo recente studio del team giapponese ha riprodotto con successo le connessioni osservate tra grandi e piccoli vortici nella turbolenza del disco di accrescimento, il cosiddetto ‘range di inerzia.’ I risultati rappresentano un passo significativo nella comprensione della fisica degli ambienti e dei processi attorno ai buchi neri e di come la turbolenza permetta al materiale di essere trasportato verso il buco nero centrale.
Un’illustrazione artistica di un buco nero supermassiccio (SMBH). Il SMBH in una galassia distante ha espulso tutto il materiale nel suo disco di accrescimento, liberando un’area vasta. Credito immagine: ESA
Il team ha scoperto anche perché gli ioni vengono riscaldati selettivamente nei dischi di accrescimento. Onde magnetosoniche lente si propagano e dominano la regione causando il riscaldamento. Queste onde sono onde di compressione a bassa frequenza generate dall’interazione tra un campo magnetico e un materiale elettricamente conduttivo. Il team ha dimostrato che sono queste onde a essere pensate come responsabili del processo di riscaldamento.
Lo studio, pubblicato su Science Advances il 28 agosto, aiuterà nell’interpretazione dei dati provenienti da telescopi come il telescopio Event Horizon, che è uno dei tanti coinvolti negli studi sui buchi neri.
Fonte: Le simulazioni al supercomputer rivelano la natura della turbolenza nei dischi di accrescimento dei buchi neri