Buchi neri giganti all'alba dell'universo. - Benedetta Bianco

 

Una crescita super-veloce, talmente rapida da sfidare i limiti della fisica, potrebbe spiegare i buchi neri supermassicci che si sono formati quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni: Lo indica lo studio internazionale guidato dall’Italia con l’Istituto Nazionale di Astrofisica, che ha analizzato i dati raccolti in 700 ore di osservazione dai telescopi spaziali Xmm-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea e Chandra della Nasa.

Alla ricerca, pubblicata sulla rivista Astronomy & Astrophysics, hanno contribuito anche Università di Roma Tre, Università di Bologna, Scuola Normale Superiore di Pisa, Università degli Studi dell’Insubria, Agenzia Spaziale Italiana e Università di Roma Tor Vergata.

I ricercatori guidati da Alessia Tortosa hanno studiato 21 quasar: galassie attive alimentate da buchi neri supermassicci che emettono enormi quantità di energia. In particolare, i quasar scelti sono tra gli oggetti più distanti mai osservati e risalgono al primo miliardo di anni di vita del cosmo. L'analisi delle emissioni nei raggi X di tali oggetti ha rivelato un legame che collega la velocità dei venti lanciati dai quasar, che può raggiungere migliaia di chilometri al secondo, alla temperatura dei gas nella corona, la zona più prossima al buco nero: gas più freddi risultano associati a venti più veloci, che a loro volta indicano una fase di crescita estremamente rapida.

“Il nostro lavoro suggerisce che i buchi neri supermassicci al centro dei primi quasar che si sono formati nel primo miliardo di anni di vita dell’universo possano effettivamente aver aumentato la loro massa molto velocemente, sfidando i limiti della fisica”, afferma Tortosa. “La scoperta di questo legame tra emissione X e venti è cruciale per comprendere come buchi neri così grandi si siano formati in così poco tempo – aggiunge la ricercatrice Inaf – offrendo in tal modo un’indicazione concreta per risolvere uno dei più grandi misteri dell’astrofisica moderna”.

https://www.ansa.it/canale_scienza/notizie/spazio_astronomia/2024/12/01/buchi-neri-giganti-allalba-delluniverso_d488b28d-c9a6-4ca4-bb48-937782bcb285.html

Piccoli Quasar individuati da Webb potrebbero aiutare a risolvere una dei più grandi misteri dell’astronomia. - Dénise Meloni

 

Il telescopio Webb è riuscito ad identificare piccoli quasar rossi che potrebbero aiutare a rispondere a una delle più grandi domande aperte dell'astronomia.

Un nuovo studio ha utilizzato la spettroscopia per separare e studiare i piccoli quasar. I quasar sono buchi neri supermassicci che hanno assorbito una luminosità importante.

L’enigma dei buchi neri supermassicci che diventano quasar.

In una nuova ricerca effettuata utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST), pubblicata su The Astrophysical Journal, un team di scienziati ha dimostrato di essere in grado di isolare ed esaminare un gruppo di piccoli punti rossi che si pensava fossero normali galassie.

È stato successivamente rivelato che quelle galassie potrebbero effettivamente ospitare quasar molto giovani o altrimenti detti buchi neri che risucchiano i corpi celesti circostanti fino a diventare tra i fenomeni più luminosi di tutto l’Universo.

I quasar non sono una novità, ma non sono ben compresi, e questo nuovo studio potrebbe aiutare a risolvere una delle più grandi domande aperte dell’astronomia.

Jorryt Matthee, astrofisico presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria (ISTA) e autore principale della nuova ricerca, ha riassunto il motivo per cui i buchi neri supermassicci che diventano quasar rappresentano un tale enigma per gli scienziati: “È come guardare un bambino di cinque anni alto due metri“, ha spiegato: “Qualcosa non quadra”. Fondamentalmente, sono troppo grandi per l’età del nostro Universo.

La scala cosmica del tempo è lunga e i buchi neri supermassicci possono avere un diametro di migliaia di anni luce. I quasar, tuttavia, si trovano nella fascia più piccola della classe di dimensioni dei buchi neri supermassicci: a volte hanno un diametro di pochi giorni, o circa 1.000 della distanza tra la Terra e il Sole.

Anche così, gli eventi che portano alla loro formazione possono richiedere miliardi di anni, in modo simile alla linea temporale prevista di 6 miliardi di anni per la completa fusione della Via Lattea e di Andromeda.

Il più antico quasar visibile ha più di 13 miliardi di anni, il che significa che doveva essere già un buco nero supermassiccio quando l’Universo era molto più giovane, almeno secondo la nostra attuale comprensione di come essi si formano. Subito dopo il Big Bang, l’Universo era significativamente diverso da come è oggi e ospitava una selezione di elementi molto più semplice e fenomeni molto più vasti e straordinari.

Di conseguenza, gli scienziati hanno teorizzato che i buchi neri supermassicci potrebbero essersi formati più rapidamente con un vantaggio potenziato dalla fisica da vortici di gas e nuvole. Sarebbe come dare a quel bambino di cinque anni il siero del super soldato di Capitan America: ovviamente sarà insolitamente alto.

Piccoli quasar rossi a causa della polvere cosmica.

In questo nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato quei deboli punti rossi individuati nelle immagini del JWST e hanno scoperto che i piccoli quasar erano rossi a causa della polvere cosmica, che va di pari passo con la formazione di galassie e stelle.

La polvere cosmica è composta da materiali vitali. Questi materiali riempiono un anello cruciale mancante nella catena del ciclo di vita dei quasar e dovrebbero consentire agli astronomi di comprendere meglio come si formano questi fenomeni. Per estendere ulteriormente la metafora del “bambino gigante di cinque anni” di Matthee, questi sono i bambini di due anni che sono già un po’ più grandi di quanto dovrebbero essere in realtà.

JWST ha superato le aspettative nell’intercettare i piccoli quasar rossi.

Il rossore stesso aiuta anche gli scienziati a datare i piccoli quasar a un’età precedente rispetto a quelli più blu e più vecchi che si sono liberati della polvere cosmica. Inoltre, li posiziona come emergenti dai vorticosi vivai di stelle che non vengono registrati come rossi in questa osservazione.

Il JWST non è uno strumento specializzato per il rilevamento di oggetti spaziali di questo tipo, il che significa che i ricercatori sono rimasti piacevolmente sorpresi dal lavoro che hanno potuto svolgere senza bisogno di qualcosa di più adatto a questo particolare compito.

Lo strumento NIRCam del telescopio si è rivelato appena sufficiente, poiché la sua modalità spettroscopica consente agli scienziati di sintonizzarsi su aree specifiche dello spettro utilizzando un oggetto focale chiamato grism.

https://reccom.org/piccoli-quasar-aiutare-risolvere-mistero-astronomia/

Buchi neri: l’IA rivela come crescono. - Arianna Guastella

Un nuovo studio, che utilizza l’apprendimento automatico, ha rivelato che la crescita dei buchi neri supermassicci nelle galassie richiede gas freddo oltre alle fusioni, sfidando le ipotesi precedenti e migliorando la nostra comprensione dell’evoluzione delle galassie.

I buchi neri supermassicci: giganti dormienti che si risvegliano.

Quando sono attivi, i buchi neri supermassicci svolgono un ruolo cruciale nel modo in cui si evolvono le galassie. Fino ad ora, si è pensato che la crescita fosse innescata dalla violenta collisione di due galassie seguita dalla loro fusione, tuttavia, una nuova ricerca condotta dall’Università di Bath ha suggerito che le fusioni tra galassie da sole non sono sufficienti ad alimentare un buco nero. Per spiegare la crescita di essi, è necessario un secondo ingrediente: un serbatoio di gas freddo a livello planetario situato al centro della galassia ospite.

Il nuovo studio, pubblicato sulla rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society, è stato il primo a utilizzare l’apprendimento automatico per classificare le fusioni galattiche con l’obiettivo specifico di esplorare la relazione tra le stesse, l’accrescimento di buchi neri supermassicci e la formazione stellare. Finora le fusioni sono state classificate (spesso erroneamente) esclusivamente attraverso l’osservazione umana.

Mathilda Avirett-Mackenzie, dottoranda presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Los Angeles Università di Bath e prima autrice del documento di ricerca, ha dichiarato: “Quando gli esseri umani cercano fusioni tra galassie, non sempre sanno cosa stanno guardando e usano molta intuizione per decidere se è avvenuta davvero. Addestrando una macchina a classificarle, si ottiene una lettura molto più veritiera di ciò che stanno effettivamente facendo le galassie”.

La ricerca è frutto di una collaborazione tra i partner di BiD4BEST (Big Data Applications for Black Hole Evolution Studies), la cui rete innovativa fornisce formazione di dottorato sulla formazione dei buchi neri supermassicci.

I buchi neri supermassicci sono una componente fondamentale delle galassie (per dare un senso di scala, la Via Lattea, con circa 200 miliardi di stelle, è solo una galassia di medie dimensioni), al centro di essa si trova un buco nero chiamato Sagittarius A*, che ha una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole.

Per gran parte della loro esistenza, i buchi neri supermassicci sono quiescenti, rimangono in uno stato di calma, con la materia che orbita intorno, e hanno un impatto minimo sulla galassia nel suo complesso. Tuttavia, per brevi periodi della loro esistenza (brevi solo in termini astronomici, con una durata di milioni o centinaia di milioni di anni), essi sfruttano la loro forza gravitazionale per attirare grandi quantità di gas verso di sé. Questo fenomeno, noto come accrescimento, genera un disco luminoso talmente intenso da poter eclissare l’intera galassia.

Sono queste brevi fasi di attività ad essere più importanti per l’evoluzione delle galassie, poiché le enormi quantità di energia rilasciata attraverso l’accrescimento possono influenzare il modo in cui le stelle si formano nelle stesse. Per una buona ragione, quindi, stabilire cosa provoca il movimento di una galassia tra i suoi due stati – quiescente e formazione stellare – è una delle più grandi sfide dell’astrofisica.

Buchi neri, ispezione umana vs Machine Learning.

Per decenni, i modelli teorici hanno suggerito che i buchi neri crescono quando le galassie si fondono. Tuttavia, gli astrofisici che studiano da molti anni la connessione tra fusioni di galassie e crescita dei buchi neri hanno sfidato questi modelli con una semplice domanda: come possiamo identificare in modo affidabile le fusioni di galassie?

L’ispezione visiva è stato il metodo più comunemente utilizzato. I classificatori umani – esperti o membri del pubblico – hanno osservato le galassie e hanno identificato elevate asimmetrie o lunghe code di marea (regioni sottili e allungate di stelle e gas interstellare che si estendono nello spazio), entrambe associate alle fusioni delle stesse. Tuttavia, questo metodo di osservazione è dispendioso in termini di tempo e inaffidabile, poiché è facile per gli esseri umani commettere errori nelle loro classificazioni. Di conseguenza, gli studi sulle fusioni spesso forniscono risultati contraddittori.

Nel nuovo studio condotto da Bath, i ricercatori si sono posti la sfida di migliorare il modo in cui vengono classificate le fusioni studiando la connessione tra la crescita dei buchi neri e l’evoluzione delle galassie attraverso l’uso dell’intelligenza artificiale.

L’IA illumina i segreti dei buchi neri.

Gli scienziati hanno addestrato una rete neurale su fusioni di galassie simulate, quindi hanno applicato questo modello a quelle finora osservate nel cosmo.

In questo modo, sono stati in grado di identificare le fusioni senza pregiudizi umani e studiare la connessione tra fusioni di galassie e crescita dei buchi neri. Hanno anche dimostrato che la rete neurale supera i classificatori umani nell’identificarle.

Applicando questa nuova metodologia, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che le fusioni non sono fortemente associate alla crescita dei buchi neri. Le firme delle stesse sono ugualmente comuni nelle galassie con e senza buchi neri supermassicci in accrescimento.

Utilizzando un campione estremamente ampio di circa 8.000 sistemi di buchi neri in accrescimento – che ha permesso al team di studiare la questione in modo molto più dettagliato – si è scoperto che le fusioni portano alla crescita dei buchi neri solo in un tipo molto specifico di galassie, ovvero quelle contenenti quantità significative di gas freddo.

Questo ha dimostrato che le fusioni tra galassie da sole non sono sufficienti ad alimentare i buchi neri: devono essere presenti anche grandi quantità di gas freddo per consentire al buco nero di crescere.

Avirett-Mackenzie ha affermato: “Affinché le galassie possano formare stelle, devono contenere nubi di gas freddo in grado di collassare in stelle. Processi altamente energetici come l’accrescimento di un buco nero supermassiccio riscaldano questo gas, rendendolo troppo energetico per collassare o espellendolo fuori dalla galassia”.

La dottoressa Carolin Villforth, docente senior presso il Dipartimento di Fisica e supervisore della signora Avirett-Mackenzie a Bath, ha concluso: “Fino ad ora le fusioni sono state studiate allo stesso modo, attraverso la classificazione visiva. Con questo metodo, utilizzando classificatori esperti in grado di individuare caratteristiche più sottili, siamo riusciti a osservare solo un paio di centinaia di galassie, non di più. L’utilizzo dell’apprendimento automatico ha aperto un campo completamente nuovo e molto entusiasmante in cui è possibile analizzare migliaia di galassie alla volta”.

https://reccom.org/buchi-neri-l-ia-rivela-come-crescono/?fbclid=IwAR1VjOMuAp9HJEAvgnIXhBGU3OadubYJ7R_x5h5n4fSL5-nXh9oXkhqhRgs

Buchi neri supermassicci dalla materia oscura. - Giuseppe Donatiello

 

UNO STUDIO ESPLORA UNA POSSIBILE ORIGINE DI QUESTI MOSTRI CELESTI.

È probabile che ogni grande galassia ospiti nel suo centro un buco nero supermassicio (Smbh), pesante milioni o miliardi di masse solari, come quello ripreso nel cuore di Messier 87. Esistono prove della presenza di questi oggetti già nel giovane Universo, 800 milioni di anni dopo il Big Bang.

Una presenza precoce che contrasta con lo scenario che indica la formazione di tali mostri da un collasso stellare e da un successivo accrescimento a spese della materia normale (stelle e nubi di materia).

Si ritiene che le primissime stelle, quelle di “Popolazione III”, fossero più massicce di quelle formatesi in seguito, quindi in grado di generare, esplodendo come supernove, i buchi neri di taglia stellare che sarebbero stati gli embrioni per quelli supermassici. Tuttavia, stime ragionevoli sulla tempistica rendono molto improbabile che i Smbh si siano formati con questo meccanismo in pochi milioni di anni. Deve essere intervenuto un meccanismo completamente diverso, ma quale?

Sono stati proposti scenari diversi per spiegare l’arcano, invocando per esempio il collasso d’intere regioni nel centro delle proto-galassie, considerando anche il ruolo della materia oscura in questi processi.

Un nuovo studio, guidato da Carlos R. Argüelles, ricercatore presso l’Universidad Nacional de La Plata e l’Icranet, propone la formazione di Smbh unicamente dal collasso di materia oscura. Questo modello era già stato proposto, ma il merito del nuovo studio consiste nel descrivere l’intero processo, partendo da regioni ad alta densità poste nel centro delle attuali galassie, con tutte le implicazioni cosmologiche che ne derivano.

Lo studio considera la presenza di notevoli concentrazioni di materia oscura nelle galassie. Le simulazioni hanno mostrato la possibilità di un collasso da nuclei di materia oscura, una volta raggiunta una soglia critica. Così, si formerebbe direttamente un buco nero con milioni di masse solari senza la necessità di una progressiva accrezione ai danni della materia circostante.

Due intriganti conseguenze.

Tale processo è piuttosto rapido al confronto con altri meccanismi e introduce un’intrigante conseguenza: i Smbh si formano prima della galassia e non dopo, come ritenuto in precedenza. Questi oggetti fungerebbero da nuclei di aggregazione per la formazione gerarchica successiva.

Un’altra intrigante conseguenza è che non tutti gli aloni di materia oscura raggiungono la massa critica per collassare in Smbh, conservandosi sotto forma di piccoli aloni, come quelli che sembrano avvolgere le galassie nane, tenendole insieme. Questo è ciò che si osserva in molti sistemi diffusi, dove il nucleo denso di materia oscura produrrebbe effetti gravitazionali simili a quelli di un buco nero supermassicio.

Alcune galassie che non manifestano la presenza di nuclei attivi, come la Via Lattea, potrebbero invece ospitare un nucleo denso di materia oscura in luogo di un Smbh, pur esibendo movimenti stellari del tutto simili.

https://bfcspace.com/2021/02/25/buchi-neri-supermassicci-dalla-materia-oscura/?fbclid=IwAR2k9_Sq8W2Ue53PglIm3anzjYn50tl48hEuJUmNXk782eC6Nm8nNbrBpQE

La fusione prossima ventura di due buchi neri giganti. - Nola Taylor Reed/Scientific American

Gli astronomi hanno individuato in una galassia lontana un oggetto, soprannominato Spikey, che potrebbe essere costituito da due buchi neri supermassicci prossimi alla fusione. La conferma forse arriverà questa primavera quando, secondo i modelli, Spikey dovrebbe emettere un'improvvisa e intensa vampata di radiazioni X.

https://www.lescienze.it/news/2020/02/27/news/spikey_fusione_buchi_neri_supermassicci-4686232/?fbclid=IwAR1oECJ_KEeRqALHFbGrOCmk0Nz5BD2Ku8UdqUEyvHOOuNlNySkv_HinDTI