Blog di Marco Castellani

Tag: buco nero

La massa mancante, ricerca ai raggi X…

Alcuni scienziati hanno utilizzato la sonda Chandra insieme con XMM-Newton per individuare una vasta “riserva” di gas che si trova lungo una struttura a forma di “parete”, a circa 400 milioni di anni luce dalla Terra.

Nell’immagine riprodotta qui sotto, viene raffigurata una immaginaria “vista da vicino” del Muro di Sculptor. Nell’illustrazione si può ammirare la moltitudine di galassie di tipo ellittico e a spirale, insieme con il gas intergalattico oggetto di recentissima scoperta; quest’ultimo è mostrato in colore blu e fa parte del gas intergalattico caldo (in inglese, Warm Hot Intergalactic Medium, WHIM).

La scoperta è importante perché costituisce la più decisa evidenza finora disponibile, di come la “materia mancante” nell’universo vicino – lungi dall’apparire omogeneamente distribuita – sia localizzata in una enorme ragnatela di gas caldo diffuso.

Il "muro di Sculptor" con il fascio di luce proveniente dai dintorni del buco nero (Crediti: NASA/CXC/M.Weiss; Spectrum: NASA/CXC/Univ. of California Irvine/T. Fang et al.)

Crediti: NASA/CXC/M.Weiss; Spectrum: NASA/CXC/Univ. of California Irvine/T. Fang et al.

Tutto semplice? Non proprio. Il fatto è che l’emissione in banda X da WHIM lungo questo “muro” è decisamente troppo debole per essere rilevata… Ma ecco il trucco! Che ti fanno questi ricercatori? Aggirano il problema, cercando segnali di assorbimento della luce che proviene dallo sfondo brillante, da parte dell’elusivo WHIM. Per questo obiettivo si servono appunto di Chandra e di XMM, effettuando un set di osservazioni “profonde”.

La sorgente di questa luminosità è un buco nero in rapida crescita, che si trova esattamente dietro il “muro”, ad una distanza da esso di circa due miliardi di anni luce. L’oggetto massiccio è mostrato in figura come una sorgente di fattezza stellare, con un raggio di luce che viaggia attraverso il Muro di Sculptor verso la Terra.

Nel box in alto a destra, viene invece mostrato uno spettro in banda X della sorgente; i punti in giallo corrispondono alle rilevazioni di Chandra, mentre la linea rossa rappresenta il miglior modello che si può ottenere per lo spettro, tenendo conto di tutti i dati sperimentali. Ecco il trucco, allora: guardando lo spettro si vede una “caduta” di segnale nella parte destra. Questo corrisponde all’assorbimento della radiazioni causato dagli atomi di ossigeno presenti nella elusiva WHIM. Le caratteristiche di questa “caduta” risultano peraltro pienamente compatibili con la distanza stimata del gas caldo, così come con la sua predetta temperatura e densità.

Questi risultati portano gli scienziati a ritenere come il gas che forma la WHIM sia presente in altre strutture a larga scala. La predizione è che circa metà della materia ordinaria (cioè quella composta da particelle come protoni ed elettroni, che costituisce in pratica il nostro mondo, ed è diversa dalla materia “oscura”) nell’universo locale si possa trovare proprio in forma di WHIM.

Chandra Press Release

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Il buco nero più lontano mai individuato!

Alcuni astronomi dell’Università delle Hawaii, guidati dal Dr. Tomotsugu Goto, hanno scoperto una galassia gigante che circonda il più lontano buco nero mai individuato finora. La galassia, che dista ben 12.8 miliardi di anni luce dalla Terra, appare larga quanto la Via Lattea, ed ospita un buco nero supermassivo  la cui massa è superiore ad un miliardo di volte quella del nostro Sole…!

L’immagine a falsi colori del più distante buco nero conosciuto al momento. In aggiunta alla sorgente brillante centrale (intorno al buco nero, in bianco), l’immagine mostra la galassia ospite che circonda l’oggetto (in colore rosso). L’oggetto prende il nome di QSO CFHQSJ2329-0301.

Crediti:
Tomotsugu GOTO, University of Hawaii

Il Dr. Goto al proposito, fa notare “E’ sorprendente come tale galassia gigante esistessi già quando l’Universo era appena ad un sedicesimo della sua età attuale, e che contenesse un buco nero di un miliardo di volte la grandezza del Sole. La galassia e il buco nero devono essersi formati molto rapidamente nell’universo primordiale”

Press Release dell’Università delle Hawaii

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Cygnus X-1, ancora sotto i riflettori…

Fino dalla sua scoperta, avvenuta ben 45 anni fa, Cygnus X-1 è stata una delle sorgenti in banda X più accuratamente studiate. Dopo circa un decennio di indagini, Cygnus X-1 si era già assicurata un posto nella storia dell’astronomia, poichè la combinazione di studi in banda ottica e in X aveva portato alla conclusione che al suo interno vi fosse un buco nero: un oggetto fino a quel momento solo teorizzato ma ancora mai identificato.Il sistema Cygnus X-1 – sappiamo ora –  consiste per la precisione in un buco nero stellare di massa circa 10 volte pari a quella del Sole, in orbita stretta con una stella supergigante blu di massa pari a circa 20 volte il Sole. Il gas strappato via dalla supergigante si riversa sul buco nero, formando delle spirali che cadono intorno all’oggetto compatto. E’ proprio l’energia gravitazionale rilasciata dal gas in caduta verso il buco nero a costituire la sorgente dell’emissione in banda X, così caratteristica di Cygnus X-1.

Una immagine del sistema Cygnus-X1
Crediti: NASA/CXC/SAO

Benchè ormai più di un migliaio di articoli scientifici siano stati scritti su questo sistema, la sua natura di buco nero “brillante” e vicino continua ad attrarre l’interesse degli scienziati, che cercano di capire l’esatta natura di questi peculiari oggetti  e  come interagiscano con  l’ambiente circostante. In questo senso, osservazioni con la sonda Chandra e lo strumento XMM-Newton di ESA sono preziose per studiare le proprietà del vento stellare di cui si nutre Cygnus X-1, e per determinare la sua velocità di rotazione.

C’è motivo di interesse su quest’ultimo punto, in effetti: i risultati più recenti indicano che Cygnus X-1 sta ruotando piuttosto lentamente. Questo rende al momento perplessi gli scienziati, che ritengono potrebbe indicare che il sistema si sia formato da un tipo piuttosto inusuale di supernova, che in qualche modo ha inpedito al buco nero appena formato di acquistare una velocità di rotazione paragonabile ad altri sistemi con buchi neri all’interno.

Chandra Press Release

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L’enigmatico “occhio” della galassia NGC 1097

Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ci ha appena regalato una splendida immagine di un “creatura degli abissi”, una galassia a spirale con un oggetto al centro, che pare quasi un occhio. Tale “occhio” è in realtà costituito da  un buco nero di dimensioni enormi, circondato da un denso anello di oggetti stellari.

Nella immagine a falsi colori prodotta da Spitzer, l’area intorno al buco nero (chiaramente, invisibile di per se stesso) è di colore blu mentre l’anello di stelle è di colore bianco.

La galassia NGC 1097 vita da Spitzer
Crediti: NASA/JPL-Cahtech

La galassia che forma questo suggestivo spettacolo è chiamata NGC 1097 e si trova a circa 50 milioni di anni luce da noi; come la nostra Via Lattea, è una galassia a spirale, i cui “bracci” sono costituiti da lunghi e sottili filamenti di stelle.

Il buco nero è davvero enorme – circa 100 milioni di volte la massa del Sole – e si nutre di gas e polvere, insieme alle occasionali stelle che sfortunatamente si trovano ad orbitare “troppo” vicino alla sua posizione…

Per alcune stelle che si perdono, comunque, molte altre prendono vita: l’anello intorno al buco nero è infatti sede di intensa formazione stellare. Il motivo è che la caduta di materiale verso la barra centrale della galassia rende possibile tale attività nell’anello, che così viene illuminato dalla formazione di sempre nuovi oggetti stellari. Dunque un ambiente complesso e variegato, dove i ricercatori hanno modo di poter studiare una serie decisamente vasta di fenomeni astronomici: un altro bel risultato del telescopio spaziale Spitzer!

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Chandra studia i blob di idrogeno intorno ai buchi neri

Alcuni ricercatori, giovandosi di dati in banda X forniti della sonda Chandra, hanno effettuato uno studio di 29 addensamenti di idrogeno nell’universo primordiale. I dati in banda X (in blu nella illustrazione in basso) rivelano la presenza di un buchi neri supermassivi in crescita all’interno di cinque di questi “blob” (uno dei quali è proprio mostrato nel pannello di sinistra della foto).

Questi peculiari addensamenti prendono il nome di “Lyman-alpha blobs”, a causa del tipo specifico di radiazione luminosa che emettono, e si estendono anche per diverse centinaia di migliaia di anni luce. Il loro studio è decisamente interessante, poichè ci porta informazioni di quando l’universo era nato da appena due miliardi di anni, ovvero circa il 15% della sua età attuale.

Crediti: Left panel: X-ray (NASA/CXC/Durham Univ./D.Alexander et al.); Optical (NASA/ESA/STScI/IoA/S.Chapman et al.); Lyman-alpha Optical (NAOJ/Subaru/Tohoku Univ./T.Hayashino et al.); Infrared (NASA/JPL-Caltech/Durham Univ./J.Geach et al.); Right, Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

L’elaborazione nella parte sinistra dell’immagine mostra uno dei più grossi “blob” osservato nel presente studio. Si ritiene che il buco nero centrale sia responsabile del riscaldamento del  gas del blob, come pure sia collegato agli “scoppi” di formazione stellare che avvengono nella nube (processi raffigurati nell’illustrazione artistica nella parte destra dell’immagine)

I risultati della ricerca sembrano suggerire che i blob, gli addensamenti di gas oggetto dello studio, rappresentino una fase in cui le galassie e i buchi neri stiano in realtà in procinto di interrompere la loro rapida crescita, proprio a motivo dei processi di riscaldamento del mezzo circostante.

Chandra Press Release

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Chandra fa luce sui “fantasmi” di HDF 130…

L’immagine qui sotto riportata mostra una piccola regione del cosiddetto Chandra Deep Field North. In blu viene presentata una immagine profonda dal Chandra X-Ray Observatory, mentre in rosso è ad essa sovrapposta una immagine acquistia dal Multi-Element Radio Linked Interferometer Network (MERLIN), che è costituito da una schiera di radiotelescopi con base in Gran Bretagna. Inoltre vi è anche inserita una immagine della medesima zona di cielo proveniente dalla Sloan Digital Sky Survey (SDSS), nei colori bianco, giallo e arancione.



L’immagine composita di HDF 130
Credit: X-ray (NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.); Optical (SDSS), Radio (STFC/JBO/MERLIN)

Si ritiene che l’oggetto di colore bluastro situato verso il centro dell’immagine sia costituito da un “fantasma” cosmico generato da una forte eruzione di materiale da un buco nero di grande massa, in una galassia distante. Questa immagine in X, chiamata HDF 130, si forma da potenti flussi di onde radio originate da particelle che fuggono via dal buco nero, ad una velocità addiruttira prossima a quella della luce. Per la precisione, allorchè gli elettroni disperdono la loro energia, producono raggi X attraverso la loro interazione con il mare di fotoni che costituisce la eco del Big Bang, la pervasiva radiazione cosmica di fondo.

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Un buco nero supermassivo al centro della galassia M87

Osservazioni condotte col Telescopio Spaziale Hubble, e riportate in un lavoro a firma di F. Macchetto ed altri, in pubblicazione su “The Astrophysical Journal”, hanno consentito di determinare la velocità di rotazione del disco di gas ionizzato che si trova molto vicino al centro della galassia, velocità che a sua volta dipende dalla quantità’ di materia nel centro di M87.

L’interpretazione piu’ verosimile dei dati raccolti e’ quella che ipotizza al centro di M87 la presenza di un buco nero supermassivo, pesante circa 3 miliardi di volte il nostro Sole.

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