Spieghiamo come la scienza vede i buchi neri più chiaramente

Sono tra le cose più sorprendenti dell’universo. I buchi neri stanno ora guadagnando terreno nei media mainstream, perché La conoscenza della materia è stata oggetto di grandi progressi negli ultimi anni.Dichiarazioni dell’astrofisica Françoise Combes.

Franceinfo spiega come sono stati fatti questi progressi in questi oggetti misteriosi così densi che nemmeno la luce può sfuggire.

Rilevando le onde gravitazionali (predette da Einstein)

progresso “Principalmente a causa di quelli negli strumenti”riassume Jean-Pierre Luminet, direttore emerito della ricerca presso il Centro nazionale per la ricerca scientifica. La teoria classica dei buchi neri è ben consolidata da due decenni.note dell’autore L’universo in 40 domande (versioni Libro). Tuttavia, “Mancavano cose davvero convincenti sull’osservazione diretta dei buchi neri”.avviso.

“Fino alle onde gravitazionali, nel 2015, avevamo visto solo argomenti relativamente indiretti, ma molto forti per l’esistenza dei buchi neri”.

Jean-Pierre Luminet, astrofisico

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>> Tre domande per cercare di capire le onde gravitazionali

Cosa è successo nel 2015? Ho scoperto per la prima volta due misuratori di onde gravitazionali dirette. Queste onde sono piccole increspature nello spazio-tempo che si propagano attraverso l’universo alla velocità della luce. Sono prodotti sotto l’influenza dello spostamento di un corpo di massa molto grande. È stato concepito da Albert Einstein nel 1916. Quasi un secolo dopo, un osservatorio americano ha rilevato per la prima volta un’onda del genere. Questo è nato durante l’ultima frazione di secondo prima della fusione di due buchi neri, Il fenomeno gravitazionale più intenso nell’universo.

Per questo primo, i tre americani Rainer Weiss, Barry Parish e Kip Thorne hanno vinto il premio Nobel per la fisica nel 2017. Sono stati loro a sviluppare il rivelatore che ha effettuato la misurazione: lo strumento Ligo, Osservatorio dell’interferometro laser a onde gravitazionali.

>> Qual è lo scopo di rilevare le onde gravitazionali?

L’astronomia gravitazionale si è trovata in piena luce. Poi ha continuato per la sua strada in fretta. Il rilevatore europeo Virgo, a sua volta, ha rilevato per la prima volta le onde gravitazionali nel settembre 2017.

Scoprendo un nuovo tipo di buco nero

Lo sfruttamento dei dati raccolti dagli strumenti Ligo e Virgo ha consentito altri importanti progressi. Grazie alle loro osservazioni è cresciuta la famiglia dei buchi neri, con quelli noti come “massa intermedia”.

Gli scienziati conoscono da molti anni i buchi neri supermassicci, che si trovano soprattutto al centro delle galassie e raggiungono milioni o addirittura miliardi di masse solari. All’altra estremità dello spettro, sono noti da tempo anche i cosiddetti buchi neri stellari, che sono poche masse solari. L’esistenza di buchi neri da 30 a 40 masse solari è stata confermata nel 2015. Ma nel 2019 gli scienziati hanno fatto luce sull’esistenza di buchi neri anche più grandi di questi, con la scoperta di un buco nero di 142 masse solari. Questo calibro non è stato rilevato direttamente prima, la classe dei buchi neri di massa intermedia a partire da 100 volte la massa del nostro Sole.

È il “Collegamento mancante”ha poi spiegato alla fisica di Franceinfo Marie-Anne Bizward, ricercatrice del CNRS, evocando “giro”. “Per me, la scoperta più sorprendente è l’esistenza di buchi neri di massa intermediaFrançoise Combes conferma. Questi buchi neri di massa intermedia non possono provenire dall’esplosione di una supernova di una stella massiccia alla fine della sua vita, ma solo da successive fusioni di buchi neri sempre più massicci.

Utilizzando un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra (per ottenere le prime immagini)

Il buco nero è così denso che è come se l’intera massa terrestre fosse racchiusa in una noce. La densità è così alta che nessuna materia può sfuggire, nemmeno la luce. In linea di principio, è impossibile fotografare un buco nero. D’altra parte, l’effetto che ha sul suo quartiere lo tradisce.

Questo è ciò che vediamo nella prima immagine di un buco nero, pubblicata nell’aprile 2019. Un evento che segna la storia dell’astronomia. L’oggetto in questione è il buco nero supermassiccio che si trova al centro della galassia M87, a 50 milioni di anni luce dalla Terra.

Per ottenere questa immagine è stata mobilitata una collaborazione internazionale, l’Event Horizon Telescope (EHT). Riunisce decine di radiotelescopi e osservatori sparsi per la Terra, dall’Europa all’Antartide, passando per il Cile e le Hawaii. Combinando gli strumenti, come se fossero parti di uno specchio gigante, gli astronomi sono riusciti a ottenere un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra. Con un tale diametro e una tale forza, è come se potessimo osservare da New York una persona su un balcone a Parigi, e distinguere le bollicine nel suo bicchiere.

La stessa collaborazione internazionale ha posto nuovamente le basi e ha rivelato, nel maggio 2022, la prima immagine del buco nero nella nostra galassia, la Via Lattea: Sagittarius A*.

>> Perché il rilascio della prima immagine di un buco nero al centro della nostra galassia è storico per la ricerca spaziale

Cosa mostrano queste immagini? Jean-Pierre Lumenet, che ha eseguito la prima simulazione digitale dei buchi neri nel 1978, osserva che le due immagini “si assomigliano” Mentre l’ordine di grandezza non è affatto lo stesso: la massa del buco nero al centro della galassia M87 è 1.500 volte maggiore di quella al centro della Via Lattea. “Trovi le stesse cose su due scale diverse. Questa è una clamorosa conferma di un aspetto della teoria del buco nero: una forma di singolarità del buco nero.”

Utilizzando una mappa 3D della Via Lattea (per identificare i buchi neri più segreti)

Individuare i buchi neri non è facile. Di solito sono identificati dalle loro emissioni di raggi X. Ciò significa che devono essere in relazione con almeno una stella e che questa relazione è in un periodo molto particolare durante il quale avviene lo scambio di materia tra i due corpi, cioè quando il buco nero comincia a “divorare” la stella. “Questa fase può durare 10.000 anni. Un riferimento alla scala cosmica”Commenti di Jean-Pierre Luminet. Tutte queste condizioni pongono molti ostacoli alla scoperta dei buchi neri. Ma è stato sollevato, in particolare, grazie al progetto Gaïa.

Lanciato nel 2013, questo progetto osserva le stelle nella nostra galassia. Si tratta di elencarli, indicando la loro posizione, il loro spostamento e la loro età. L’obiettivo: creare una mappa 3D della Via Lattea. Dopo aver osservato circa due miliardi di stelle, i team di Gaia, nel maggio 2022, hanno pubblicato una mappa dalla risoluzione senza precedenti.

L’analisi di questi dati ha permesso di scoprire buchi neri che in precedenza erano passati inosservati Agenzia spaziale europea (Agenzia Spaziale Europea) (in inglese), il 30 marzo. Gli scienziati sono stati attratti dalle oscillazioni estremamente deboli di alcune stelle. Si scopre, a un esame più attento, che ciò è causato dai buchi neri nelle loro immediate vicinanze.

Questi due buchi neri, chiamati BH1 e BH2, sono i più vicini che conosciamo. BH1 è a 1.560 anni luce di distanza nella costellazione dell’Ofiuco e BH2 è a 3.800 anni luce di distanza nella costellazione del Centauro. Sulla scala dell’universo, è come se lo fossero “nel nostro giardino”confermato dall’Agenzia spaziale europea.

Questi due nuovi buchi neri non sono mangiatori di stelle. Questi buchi neri rientrano nella categoria dei buchi neri inerti, il che significa che interagiscono molto poco con il loro ambiente.

“Grazie a nuove tecniche ultrafini, stiamo iniziando a espellere buchi neri silenziosi”.

Jean-Pierre Luminet, astrofisico

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I ricercatori si aspettano che oggetti di questo tipo vengano scoperti in gran numero nella nostra galassia, soprattutto perché la missione Gaia dovrebbe continuare fino al 2025.

sfruttando la potenza del James Webb Telescope

Il tanto atteso e più potente telescopio mai inviato nello spazio non ha deluso dal suo lancio nel dicembre 2021. Il James Webb Space Telescope (JWST) è stato progettato per osservare i primi istanti dell’universo. Ed è quello che ha fatto scoprendo il buco nero più antico mai scoperto.E Annunciato NASA (in inglese) 6 aprile. Date le sue enormi dimensioni (20 milioni di volte la massa del Sole), questo buco nero non avrebbe nulla a che fare lì, secondo gli scenari finora individuati.

Cosa mina tutta la nostra conoscenza? Assolutamente no, come assicura Jean-Pierre Luminet. Tuttavia, “Ciò solleva interrogativi sulla velocità di formazione di grandi strutture”.avviso.

“Questo fa rivivere un’ipotesi vecchia di 30 o 40 anni che è stata lasciata da parte: quella della prima generazione di buchi neri. Buchi primordiali, che si sarebbero formati subito dopo il Big Bang, nei secondi che seguirono”.

Jean-Pierre Luminet, astrofisico

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“Ero molto scettico sui buchi neri primordiali. Non lo sono più.”slides con franceinfo Marta Volonteri, specialista in buchi neri supermassicci al CNRS, anticipando importanti annunci Nei prossimi mesiJean-Pierre Luminet ipotizza cautamente che i buchi neri primordiali (che sarebbero stati tra 100.000 e un milione di volte la massa del Sole) potrebbero aver agito come “Germi” per dare alla luce un mastodonte come quello recentemente scoperto. Un’ipotesi che, come tutte le altre, va verificata.

Lo studio dei buchi neri è in piena espansione. E lo slancio non si fermerà: la missione europea Euclid, prevista per il lancio a luglio, studierà la velocità di espansione dell’universo, la materia oscura e l’energia oscura e alimenterà ulteriormente il lavoro sui buchi neri.