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  • 17/08/2019 - L’ORIGINE PRIMORDIALE DEI BUCHI NERI SUPERMASSICCI

    L’ORIGINE PRIMORDIALE DEI BUCHI NERI SUPERMASSICCI

    L’ORIGINE PRIMORDIALE DEI BUCHI NERI SUPERMASSICCI

    Il collasso di una stella non è l’unico meccanismo che porta alla formazione di un buco nero, soprattutto se questo è vecchio tanto quanto l’Universo stesso. Infatti, sono stati osservati buchi neri risalenti fino a solo 690 milioni di anni dopo il Big Bang. Durante quest’epoca, le stelle allora presenti non avevano il tempo sufficiente per collassare in un buco nero. Il meccanismo del collasso diretto spiega la formazione di buchi neri supermassicci nati nelle prime fasi di vita dell’Universo. Un nuovo studio di due ricercatori della Western University in Ontario (Canada) ha chiarito il funzionamento di tale modello, fornendone una descrizione analitica e motivata fisicamente.

    Il modello del collasso diretto prevede che i buchi neri supermassicci si siano formati molto velocemente in un brevissimo lasso di tempo e che poi, quasi all’improvviso, la loro crescita abbia subito un’interruzione. La ricerca definisce un nuovo modello matematico per spiegare questa crescita esponenziale e la rapida formazione di questi antichi mostri cosmici.

    I buchi neri supermassicci si ritengono essere al centro di ogni galassia, compresa la Via Lattea, ma la loro natura è di difficile comprensione. Nella maggioranza dei casi la loro origine si può spiegare in termini di collasso stellare. Stelle giganti collassano su sé stesse fino al punto in cui si viene a formare una singolarità gravitazionale: nasce un “buco nero”, che catturerà altre stelle con il risultato di aumentare continuamente la sua massa.

    Questo meccanismo non può spiegare la formazione dei buchi neri che si trovano al centro dei quasar, formatisi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Si ritiene che la loro enorme luminosità intrinseca sia originata dall’accrescimento continuo di materiale nel buco nero supermassiccio centrale. Per questi buchi neri la spiegazione del collasso stellare non è più valida e negli anni è stato introdotto il modello del collasso diretto.

    La crescita dei buchi neri tramite collasso diretto potrebbe essere iniziata quando erano passati circa 400 milioni di anni dal Big Bang e sarebbe proseguita per altri 150 milioni di anni. Durante questo tempo, la crescita del buco nero avviene in regime di limite di super-Eddington.

    Il limite di Eddington definisce il massimo valore di luminosità che un oggetto può raggiungere quando la pressione verso l’esterno, causata dalla radiazione emessa, controbilancia la forza gravitazionale che tende a farlo collassare. È possibile che nei casi più estremi, come per i buchi neri supermassicci, questo limite venga superato. Si parla quindi di regime di super-Eddington e per questi oggetti l’unico destino possibile è il collasso gravitazionale.

    Tuttavia, l’accrescimento in regime di super-Eddington si arresta bruscamente quando, nella nube che ospita il buco nero, la radiazione emessa dalla materia in accrescimento ionizza le molecole della nube disperdendo il gas.

    I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un breve periodo di tempo in cui sono stati in grado di crescere velocemente e poi, a un certo punto, a causa di tutte le radiazioni nell’universo create da altri buchi neri e stelle, la loro produzione si è fermata, spiegano gli autori della ricerca.

    Questi risultati potranno essere verificati dalle future osservazioni, in particolare dal promettente James Webb Telescope, per studiare più a fondo la storia e l’origine dei giganteschi buchi neri nati quando l’Universo era ancora in fasce.

    In Figura, una rappresentazione artistica del quasar ULAS J1120+0641, formatosi 770 milioni di anni dopo il Big Bang, alimentato da un buco nero supermassiccio da 2 miliardi di masse solari (Fonte: Media-INAF).

    Piero Stroppa

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