Un “flash cosmico” mostra la nascita di un Buco Nero

In alto a sinistra viene mostrata la galassia NGC 3842, poi nel riquadro un inserto con il centro distorto per mostrare la zona del buco nero. La grandezza del buco nero viene paragonata poi a quella del Sistema Solare. (Credit: Pete Marenfeld).

CALIFORNIA – Quando una stella massiccia esaurisce il suo combustibile e collassa sotto il proprio peso nasce un Buco Nero, un oggetto così denso che nemmeno la luce può sfuggire alla sua morsa gravitazionale. Secondo uno studio condotto da un astrofisico del California Institute of Technology (Caltech), mentre avviene il collasso, la stella morente può generare una raffica indistinta di luce che “illuminerà” il processo di formazione del buco nero. 

Ed è proprio grazie al flash cosmico che gli astronomi potrebbero assistere a questo stupefacente fenomeno. Tony Piro, un assegnista del Caltech, descrive questa firma di luce in un articolo pubblicato nel numero del 1 maggio dell’Astrophysical Journal Letters. Mentre alcune stelle morenti che si trasformano in buchi neri esplodono in lampi di raggi gamma, che sono tra i fenomeni più energetici dell’universo, il caso presentato nel paper è abbastanza raro, in quanto richiede l’intervento di circostanze abbastanza esotiche. Infatti, è un’ipotesi ormai condivisa che, nella maggior parte dei casi, una stella morente produce un buco nero senza un concomitante lampo di luce: ciò che si vede non è un’esplosione quanto piuttosto la vera e propria scomparsa nel buio della stella.

Quando il nucleo della stella morente collassa sotto il suo peso, i protoni e gli elettroni che lo compongono si fondono e producono neutroni. Per alcuni secondi, proprio poco prima del crollo, il nucleo diventa estremamente denso: questo stato, conosciuto come stella di neutroni, ha una densità paragonabile a quella del Sole qualora fosse compresso in una sfera con un raggio di circa 10 chilometri. L’attimo in cui il nucleo collassa è correlato ad una serie di fenomeni in parte ancora ignoti: sappiamo che il collasso genera un importante flusso di neutrini, particelle dalla massa trascurabile (ma non uguale a zero) che attraversano indisturbate la materia quasi alla velocità della luce. Dato che massa ed energia si equivalgono, il flusso di neutrini che si diparte dal nucleo porta con sé molta energia (per dare un’idea, all’incirca un decimo della massa del Sole).

Che significato ha questa rapida perdita di energia? Secondo un articolo poco noto, scritto nel 1980 da Dmitry Nadezhin dell’Istituto Alikhanov di Fisica Teorica e Sperimentale in Russia, questa rapida perdita di massa significa che la forza gravitazionale del nucleo della stella morente cade bruscamente. Quando ciò accade, gli strati gassosi esterni composti di idrogeno che ancora circondano il nucleo, dovrebbero cominciare a spingersi verso l’esterno, generando un’onda d’urto che investe gli strati esterni a circa 1000 chilometri al secondo. Un flash cosmico accompagna il collasso del nucleo. Utilizzando simulazioni al computer, due astronomi di Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, hanno recentemente scoperto che quando l’onda d’urto descritta da Dmitry Nadezhin colpisce la superficie esterna degli strati gassosi riscalda il gas sulla superficie. L’aumento di calore produce un bagliore – un vero e proprio flash cosmico – che dovrebbe brillare per circa un anno. Pur essendo circa un milione di volte più luminoso del Sole, il bagliore resta relativamente debole rispetto ad altre stelle, ed è difficilmente visibile anche in galassie abbastanza vicine.

Ora, gli autori di questo nuovo studio, intitolato Taking the ‘un’ out of unnovae, gli studiosi hanno trovato un segnale più promettente. Esaminando in dettaglio ciò che potrebbe accadere nel momento in cui l’onda d’urto colpisce la superficie di una stella, hanno calcolato che l’impatto causerebbe un lampo da 10 a 100 volte più luminoso di quello predetto da Lovegrove e Woosley. Questo lampo sarebbe un po’ più debole rispetto alle supernovae, per esempio, ma sarebbe abbastanza luminoso da essere rilevabile in galassie vicine; il flash durerebbe dai 3 ai 10 giorni e sarebbe visibile a lunghezze d’onda superiori all’ultravioletto. Secondo le stime presentate, gli astronomi dovrebbero essere in grado di assistere ad un fenomeno di questo tipo all’anno.

Il Palomar Transient Factory (PTF) del Caltech è un apparecchio costruito a questo scopo. Nel 2015 la sarà operante l’ultima generazione dei PTF, chiamati Zwicky Transient Facility (ZTF); si stima che entro il prossimo decennio il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) inizierà un’indagine a tappeto di tutto il cielo. (Pubblicato originariamente su cyberscienza.it il 2/05/2013).

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