Quanto gira quel buco nero!

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Benché i buchi neri siano piuttosto familiari anche a chi mastica poco di astrofisica, come siano davvero fatti resta un mistero irrisolto. Qualcuno li ha definiti “tritatutto cosmici”, mettendo efficacemente in luce la loro propensione a inglobare senza possibilità di ritorno ogni frammento di materia che ha la sventura di capitare loro a tiro. A causa della gravità esercitata dalla materia che li compone, infatti, nulla può sfuggire, neppure la luce. Il che rende piuttosto complicato per gli astrofisici riuscire a raccogliere informazioni su questi voracissimi mostri cosmici.
Ci si deve insomma accontentare di quanto ci raccontano le polveri e il gas prima di sparire definitivamente dalla nostra vista. Questo materiale è disposto intorno al buco nero formando il cosiddetto disco di accrescimento, una specie di pista di accelerazione percorsa da tutto ciò che il buco nero è riuscito a catturare e si accinge a ingoiare. Man mano che si avvicina al buco nero e l'attrazione del mostro diventa più intensa, il materiale accelera, si scalda all'inverosimile ed emette radiazione X: l'ultimo bagliore prima di sparire, sospeso per sempre in un limbo cosmico. Curiosamente, è proprio l'estremo messaggio lanciato da questo materiale ormai condannato che permette agli astrofisici di saperne di più sui buchi neri.

Una delle caratteristiche cruciali di un buco nero - assieme alla sua massa e alla carica elettrica - è la sua rotazione o spin. Che un buco nero possa ruotare su se stesso ce lo dice una semplice considerazione sulla dinamica della sua formazione a seguito dell'esplosione di supernova. E' ormai assodato, infatti che ci sono supernovae - non tutte - che lasciano come residuo dopo il botto un oggetto superdenso quale una stella di neutroni (pulsar) oppure un buco nero. Noi sappiamo che ogni stella ruota su se stessa, il che significa che l'immane esplosione che comprime la regione centrale fino a trasformarla in buco nero finisce coll'innescare lo stesso fenomeno del pattinatore sul ghiaccio che, tirando a sé le braccia che prima erano prima distese, aumenta in modo incredibile la sua velocità di rotazione. I fisici chiamano il fenomeno conservazione del momento angolare ed è uno dei cardini della dinamica. Il buco nero neonato, insomma, riceve un'energica spinta ad aumentare la sua rotazione proprio nel momento della sua formazione. Ma questa non è l'unica occasione. Non solo, infatti, situazioni molto violente come gli urti reciproci tra buchi neri possono incrementare ulteriormente lo spin, ma può farlo anche lo stesso meccanismo di cattura e inglobamento della materia. In altre parole: se il materiale fluisce verso il buco nero con particolari angolazioni può anch'esso aumentare la rotazione del mostro e spingerla a valori estremi.

E' ormai una ventina d'anni che lo studio della radiazione X proveniente dai dischi di accrescimento di numerosi buchi neri fornisce informazioni sulla loro possibile rotazione, ma rimaneva un grosso dubbio: quei dati erano proprio riconducibili al buco nero e ai suoi effetti relativistici sul materiale del disco di accrescimento oppure risentivano pesantemente di distorsioni indotte dalle nubi di gas e polveri delle regioni circostanti? Entrambi gli scenari, infatti, si adattavano perfettamente allo spettro di radiazione raccolto. Ogni dubbio è stato però sciolto grazie all'intervento di NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array), l'innovativo telescopio spaziale della NASA entrato in servizio lo scorso giugno. Tra i primi bersagli della sua attività osservativa, NuSTAR ha puntato la splendida galassia barrata NGC 1365, un sistema stellare distante circa 60 milioni di anni luce, al centro della quale si dà un gran daffare un buco nero supermassiccio la cui massa è stimata in circa due milioni di masse solari. Le accurate misurazioni di NuSTAR, affiancate a quelle già raccolte dal telescopio spaziale XMM-Newton dell'ESA, hanno permesso a Guido Risaliti (INAF - Osservatorio di Arcetri) e al suo team di stabilire che il buco nero di NGC 1365 sta ruotando su se stesso a una velocità davvero elevatissima, addirittura molto prossima al limite estremo consentito dalla Relatività Generale. Nello studio, pubblicato su Nature, si sottolinea come le osservazioni siano perfettamente in linea con il modello che prevede un buco nero in rapidissima rotazione e facciano pertanto decadere il modello che suggerisce la pesante influenza delle regioni circostanti. L’interpretazione basata sulla Relatività Generale, dunque, è quella giusta, il che mette a disposizione dei fisici un ulteriore banco di prova per verificare la correttezza e la precisione delle previsioni della Teoria di Einstein.

Al di là del risultato ottenuto per il buco nero di NGC 1365, è bene sottolineare come la misurazione dello spin di un buco nero possa offrire informazioni molto importanti sulla storia del suo accrescimento e, di conseguenza, sulla storia evolutiva della stessa galassia che lo ospita. “Nel caso di NGC 1365 - ha dichiarato Risaliti - riteniamo che questo accrescimento sia avvenuto in modo continuo, tramite il progressivo accrescimento di materiale che spiraleggiando attorno al buco nero gli trasferisce energia, accelerandone la sua rotazione.” Nonostante la sua privacy esasperata, insomma, ora ne sappiamo un po' di più del buco nero nascosto nel cuore di NGC 1365, anche se quel mostro si trova a quasi 600 miliardi di miliardi di chilometri da noi.

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