Anche i buchi neri hanno brutti giorni per i “capelli”

Nuove immagini del telescopio EHT rivelano inaspettati capovolgimenti di polarizzazione a M87* che stanno fornendo agli scienziati informazioni sull’evoluzione anno per anno dell’anello di un buco nero supermassiccio.

C’è un famoso teorema sui buchi neri che afferma che essi “non hanno peli (o capelli: in inglese è no hair) e che sta a significare che questi misteriosi oggetti non presentano irregolarità o escrescenze sulla loro “superficie” (il cosiddetto orizzonte degli eventi).

Di loro, secondo il teorema, si può conoscere solo la massa, la carica elettrica e la rotazione su se stessi.

Questo vale anche per M87*, il buco nero supermassiccio all’interno della galassia omonima, il primo ad essere stato “fotografato” nei raggi X dal telescopio Even Horizon (EHT).

Nuove immagini dell’EHT rivelano un ambiente dinamico con modelli di polarizzazione mutevoli vicino al buco nero.

Le nuove immagini, costruite e convalidate dai ricercatori dell’Università di Waterloo e del Perimeter Institute for Theoretical Physics, mostrano come l’ambiente intorno al buco nero possa cambiare più di quanto pensassimo in precedenza.

Nel 2017, l’EHT ha osservato un modello di polarizzazione a spirale che è la firma di una struttura magnetica attorcigliata su larga scala, confermando idee di lunga data su come i buchi neri interagiscono con i loro ambienti e li influenzano.

Ma nel 2018 la polarizzazione è quasi scomparsa. Nel 2021, ha iniziato a muoversi nella direzione opposta. Gli astrofisici sono ora alle prese con una domanda solitaria: perché?

I film di successo ci dicono che i buchi neri sono trappole fantastiche in cui le cose entrano e non escono mai. Ma M87* ci sta mostrando che i buchi neri possono anche prendere materiale energetico dall’ambiente circostante, catturato da un potente campo elettromagnetico, e lanciarlo verso l’esterno in modo spettacolare.

Il getto di M87* inizia vicino all’orizzonte degli eventi, raggiungendo infine il 90% della velocità della luce.

Queste nuove osservazioni offrono il primo indizio provvisorio di tessuto connettivo tra l’anello caotico di plasma attorno al buco nero e il motore alla base di questo potente getto.

Ma esattamente come i buchi neri eseguano questo trucco magico, e cosa significhi per la natura fondamentale della gravità, sta solo iniziando a essere rivelato.

“I buchi neri tengono stretti i loro misteri, ma ora stiamo strappando le risposte dalla loro presa”, afferma il dottor Avery Broderick, professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Waterloo e docente associato presso il Perimeter Institute.

“Il nostro team a Waterloo è stato fondamentale per ricostruire le immagini dai dati EHT e determinare ciò che possiamo essere sicuri sia reale e ciò che potrebbe essere solo un artefatto strumentale. Siamo stati in prima linea nel capire come le immagini EHT, e in particolare la loro evoluzione, possano rivelare i drammi astrofisici che si svolgono sul palcoscenico più estremo della gravità”.

Anno dopo anno, la collaborazione EHT torna su M87* per catturare momenti che mostrano come si sta evolvendo, sapendo che ogni volta otterranno maggiori informazioni sui suoi segreti a lungo custoditi.

“Ciò che è notevole è che mentre la dimensione dell’anello è rimasta costante nel corso degli anni, confermando l’ombra del buco nero prevista dalla teoria di Einstein, il modello di polarizzazione cambia in modo significativo”, afferma il dottor Paul Tiede, astronomo presso il Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, e che si è laureato a Waterloo e Perimeter.

“Questo ci dice che il plasma magnetizzato che turbina vicino all’orizzonte degli eventi è tutt’altro che statico; È dinamico e complesso, spinge i nostri modelli teorici al limite”.

La stabilità dell’ombra di M87* può essere presa come prova che “i buchi neri non hanno capelli”, una metafora vecchia di decenni che significa che i buchi neri sono semplici oggetti geometrici senza parametri descrittivi oltre alla loro massa, rotazione e carica.

“È uno dei motivi per cui sono così interessanti come oggetti gravitazionali. Si possono fare previsioni molto nitide e chiare, e tutti i fenomeni astrofisici non sembrano avere molta importanza”, dice Broderick.

“Ma le cose intorno possono avere peli, e questi campi magnetici sono un esempio lampante. Da molto tempo abbiamo un’idea chiara di quale tipo di acconciature magnetiche dovrebbero essere consentite, ma ora stiamo vedendo che, come con gli esseri umani, si possono ottenere molte acconciature diverse in quattro anni”.

Nel 2009, Broderick ha scritto il primo articolo per proporre l’imaging di M87*, esplorando ciò che potremmo imparare sui buchi neri, i loro getti e i loro dischi di accrescimento osservando la variabilità dei loro campi magnetici.

Ora, il team ha preso quell’idea e l’ha trasformata in realtà.

“Quel primo articolo parlava di come la polarizzazione di M87* potesse rivelare informazioni sui campi magnetici all’interno”, dice Broderick.

“Ora ci stiamo rapidamente muovendo verso l’estrazione di informazioni su come i jet accelerano e cosa implica su come sono alimentati. Questo è un momento molto eccitante per l’EHT e per i prossimi dati che abbiamo”.

Con tre anni di osservazioni alle spalle, l’EHT non ha intenzione di fermarsi.

Le osservazioni future miglioreranno solo con l’aggiunta di nuovi telescopi all’array, rendendo le future analisi pluriennali ancora più dettagliate.

E se una cosa è certa, è che l’acconciatura in continua evoluzione di M87* farà sì che gli osservatori dei buchi neri tornino per saperne di più.

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