Note sulla quarta onda…

La neonata astrofisica gravitazionale sta facendo rapidissimi passi avanti. E’ una scienza ancora bambina, lo sappiamo: ma vuol crescere in fretta. E riesce a farlo bene, dovremmo dire.

Lo sapete, siamo alla quarta rilevazione di un’onda gravitazionale, ormai. Correrebbe quasi il rischio di non fare notizia. Se non fosse per questi passi avanti, veramente giganteschi. Questa volta, per l’evento denominato GW170814, rilevato il giorno prima di Ferragosto, si è “mosso” anche il rilevatore Virgo, a Pisa. Cambiando radicalmente le carte in tavola, rispetto ai tre eventi precedenti a questo.

Per capirlo, una sola figura è forse più efficace di tante parole.

La zona di cielo da dove arriva l’onda.

La zona di cielo dove localizzare l’evento (nella fattispecie, la fusione di due buchi neri di massa circa pari a 35 e 25 volte il Sole, distanti circa 1,8 miliardi di anni luce) – proprio grazie all’entrata in funzione di Virgo – è decisamente più piccola, rispetto ai primi tre eventi. Iniziamo in altre parole a vederci meglio, a capire da dove vengono queste onde, a rendere possibile un aggancio e una correlazione con dati di altri strumenti, aprendo finalmente la strada alla identificazione in cielo delle sorgenti di queste onde così elusive.

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A volte ritornano (le onde) !

Si era capito, che qualcosa era nell’aria. Era abbastanza certo, da giorni. Lavorando poi a contatto con alcuni addetti ai lavori, la sensazione che qualcosa di grosso già bollisse in pentola, era ormai troppo netta per poter essere facilmente ignorata. 

Così quando si è visto che il team del progetto LIGO (in collaborazione con VIRGO) aveva indetto una conferenza stampa internazionale, dove (cito)

The international collaborators will comment on their ongoing research at their first press conference since the historic observation of gravitational waves.

quella sensazione è diventata quasi una certezza. Difatti, chi ha seguito un po’ la storia della detezione di queste elusive onde, ha imparato anche un po’ a decodificare il linguaggio estremamente prudenziale dei comunicati stampa. E soprattutto,  a fare due più due con quanto “detto e non detto” tra le persone bene informate.

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Così ci siamo, di nuovo. E’ arrivata da LIGO la seconda detezione di onde gravitazionali. Questa volta i modelli interpretativi, come leggerete anche dai comunicati di vari siti (ve ne sono già diversi anche in italiano, come Repubblica.it, NG Italia, La Stampa, Le Scienze, Focus…) , parlano di fusione di due buchi neri più “leggeri” rispetto all’evento del 14 settembre 2015: si parla di masse pari a 4 e 18 volte quella del Sole, mentre nel primo evento erano pari a 36 e 29, decisamente più “cicciotti”.

Al di là dei dati meramente quantitativi, quello che ci conforta e ci intriga, è che i primi passi di questa nuova branca dell’astronomia, la astronomia gravitazionale, si fanno sempre meno incerti e sempre più robusti. Proprio come un bimbo che diventa grande, e ai primi passi incerti segue una sempre maggior sicurezza nel cammino, una confidenza più grande nel percorso.

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E’ veramente una nuova finestra sul cosmo, è come se avessimo aperto nuovi occhi per guardare in una “zona” dove finora mai avevamo potuto gettare lo sguardo. Ed è una zona affascinante perché ci parla di come la materia sia inestricabilmente innestata nella struttura spazio-temporale del cosmo. Di come spazio, tempo e materia siano interdipendenti e mutuamente influenzati, in un nuovo paradigma che mette definitivamente in pensione l’idea di spazio come “contenitore” e materia come “contenuto”. 

Ecco: non è così (non lo è mai stato, ma ce ne accorgiamo limpidamente solo ora), e la complessità del nuovo paradigma cosmologico, anticipato dalle predizioni della relatività generale e oggi pienamente comprovato, ci esortano ad abbandonare vecchi schemi di pensiero, allargare le vele, e prendere il largo.

Ne vale la pena. Come sempre accade, appena pensavamo di “saperne abbastanza” dell’Universo, è lui stesso – potremmo dire – che ci sorprende e ci indica nuovi sentieri, inediti percorsi. E come sempre accade, il cosmo ci espone volte per volta le informazioni che siamo finalmente in grado di comprendere, in una serie di concatenazioni virtuose che dall’ambito prettamente scientifico, ci spingono (come è accaduto proprio con la relatività generale, e poi con la fisica quantistica) ad allargare e modificare, rimotivare e alleggerire, i nostri stessi schemi di pensierio. Dunque è un’onda che va ben oltre la mera percezione del dato tecnico (due buchi neri in collisione, nelle profondità del cosmo) e arriva a lambire la struttura stessa della nostra coscienza, e della sua evoluzione personale e sociale, intima e “universale”.

Questa crescente evidenza di un universo tutto interconnesso, tutto in relazione, in intima connessione, può e deve essere letta – anche e prima di tutto – come una indicazione di percorso umano, come sempre è accaduto nella scienza. Perché questo Libro della Scienza, è qui per noi, in fondo. Per chi può leggerlo e trarne degli stimoli adeguati alla comprensione di sé stesso e del mondo (ambiti che mai più che ora possiamo considerare inseparabili).

Siamo in tempi estremi, di crisi per un verso, ma di grande possibilità per un altro verso. Perché il vecchio (anche in fisica, in cosmologia) deve recedere, perché una nuova visione avanza. Per un inedito connubio tra uomo e cosmo, e tra uomo e uomo, probabilmente ancora tutto da imparare. E da gustare.

Venti fortissimi da un buco nero stellare

Questa rappresentazione artistica mostra un sistema binario formato da una buco nero chiamato IGR J17091-3624, o IGR J17091 in forma abbreviata. La forte gravità del buco nero, sulla sinistra, sta trasferendo del gas lontano da una stella compagna, posta sulla destra. Questo gas forma un disco di gas caldo attorno al buco nero; il vento lo spinge fuori dal disco. Crediti: NASA/CXC/M.Weiss.

Ricercatori astronomi, utilizzando il Chandra X Ray Observatory della NASA, hanno registrato il vento più forte che spira su un disco stellare attorno ad un buco nero di massa stellare. Questo risultato ha importanti implicazioni per conoscere come un buco nero di massa stellari si comporti.

Il record di velocità del vento è di circa 20 milioni di chilometri orari, ossia pari al 3% della velocità della luce, 10 volte più veloce di quanto non fosse mai stato rilevato su un buco nero di massa stellare.

Buchi neri stellari  si formano dal collasso di stelle molto massicce, circa 5-10 volte la massa del nostro Sole.
La sigla che è stata assegnata a questo oggetto è IGR J17091-3624, o IGR J17091 in forma abbreviata.

“Questo vento è l’equivalente cosmico dei venti provenienti da un uragano di categoria cinque” ha affermato Ashley King dell’Università del Michigan, autore capo dello studio pubblicato il 20 febbraio su The Astrophysical Journal Letters. “Non ci saspettavamo di vedere venti di tale potenza da un tale buco nero “.

Il vento che spira da IGR J17091 corrisponde a uno dei più forti tra quelli generati dai buchi neri supermassicci, oggetti di milioni o miliardi di masse stellari al centro delle galassie.

“E’ una sorpresa che questo piccolo buco nero sia in grado di produrre delle velocità nel vento che di solito si osservano solo nei buchi neri supermassicci” ha affermato il co-autore Jon M. Miller che lavora come King all’Università del Michigan. “In altre parole, questo buco nero sta lavorando ben al di sopra delle sua massa”.

Un altro dato imprevisto è che il vento, che proviene da un disco di gas che circonda il buco nero, può portare via molto più materiale di quanto il buco nero non sia in grado di catturarne.

“Contrariamente a quanto si pensa, ossia che i buchi neri possano attrarre tutto il materiale che si avvicina loro, in realtà, si stima che fino a circa il 95% del materiale nel disco intorno a IGR J17091 viene espulso dal vento” ha affermato King.

A differenza dei venti degli uragani terrestri, il vento da IGR J17091 soffia in molte direzioni differenti. Inoltre, è stato osservato un getto, dove il materiale fluisce in fasci localizzati altamente perpendicolari al disco, spesso ad una velocità prossima a quella della luce.

Osservazioni simultanee effettuate con il National Radio Astronomy Observatory’s Expanded Very Large Array hanno mostrato un getto radio dal buco nero che non era presente con il vento fortissimo, anche se un getto radio era stato osservato in altre occasioni. Questo è in accordo con le osservazioni di altri buchi neri di massa stellare, fornendo un’ulteriore prova sul fatto che la formazione di venti può produrre dei getti.

L’alta velocità del vento è stata stimata da uno spettro fatto da Chandra nel 2011. Gli ioni emettono e assorbono con caratteristiche negli spettri che permettono ai ricercatori di monitorarli e di conoscerne il loro comportamento. Uno spettro di Chandra di ioni di ferro fatto due mesi prima, non aveva evidenziato venti ad alta velocità; ciò porta ad affermare che il vento vari la sua velocità nel tempo, aumentando e diminuendo.

I ricercatori ritengono che i campi magnetici nei dischi dei buchi neri siano responsabili della produzione sia dei venti che dei getti. La geometria dei campi magnetici e il tasso col quale il materiale cade verso il buco nero deve influenzare il modo in cui i getti e i venti vengono prodotti.

IGR J17091 è un sistema binario composto da una stella simile al Sole che orbita attorno a un buco nero posizionato nel bulge della nostra Galassia a circa 28 000 anni luce di distanza dalla Terra.

Il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, gestisce il programma per il Chandra Mission Directorate della NASA, a Washington. Il Smithsonian Astrphysical Observatory contralla la ricerca compiuta da Chandra e le operazioni di volo da Cambridge, Massachusetts.

Per ulteriori informazioni su Chandra: http://www.nasa.gov/chandra
Fonte Chandra X Ray Observatory: http://www.chandra.harvard.edu/index.html e http://www.chandra.harvard.edu/photo/2012/igr/

Un buco nero senza direzione..

L’immagine qui riprodotta mostra gli effetti di un buco nero che ha già sperimentato almeno due imponenti “cambi di direzione”: già, poiché il suo asse di rotazione punta in una direzione diversa rispetto al passato. L’immagine in banda ottica è presa dalla Sloan Digital Sky Survey, ed è centrata su una radio galassia di nome 4C+00.58. A questa sono sovrapposte le immagini acquisite in banda X (in color oro, dalla sonda Chandra) e nel regime delle onde radio (in blu, dal Very Large Array)

La galassia 4C+00.58 con l'indicazione delle diverse "cavità" (Crediti: NASA/CXC/UMD/Hodges-Kluck et al. Radio: NSF/AUI/NRAO/VLA/UMD/Hodges-Kluck et al. )

La cosa interessante è che al centro di 4C+00.58 si trova un buco nero supermassivo che sta risucchiando a se una grande quantità di gas. Il gas in caduta verso il buco nero forma una struttura a disco, che a sua volta genera delle imponenti forze elettromagnetiche, capaci di convogliare parte del gas in strutture collimate ad alta velocità, i cosiddetti jet radio.

Le immagini in banda X mostrano anche quattro differenti “cavità”, ovvero regioni caratterizzate da una emissione in banda X più bassa della media, che si distribuiscono intorno al buco nero (la foto è stata trattata opportunamente, in modo che le cavità si potessero vedere bene).

Proprio qui viene il bello: secondo lo scenario proposto da un recente studio, l’asse di rotazione del buco nero una volta era diverso, ossia correva su una linea diagonale che partendo dalla regione in alto a destra si prolungava nella zona in basso a sinistra. Dopodichè però successe che la galassia si “scontrò” con un’altra galassia, più piccola (vi sono evidenze di questo dalle informazioni che ci giungono nella banda ottica).

Come conseguenza dell’impatto, si generò un nuovo jet che portava via il gas, a formare appunto le cavità #1 e #2. A seguito di questi notevoli cambiamenti anche l’asse di rotazione del buco nero cambiò direzione, e i jet si spostarono di conseguenza, andando ad estrarre materiale da due diverse zone, le cavità #3 e #4. Ecco il perché di ben quattro cavità, e non due, corrispondenti ai lobi del jet !

La storia non finì qui però, perché si rileva un ulteriore spostamento dell’asse del buco nero, probabilmente dovuto alla fusione con il buco nero nella galassia più piccola, oppure soltanto al materiale in caduta continua sul buco nero stesso.

Insomma, è la tormentata storia di un buco nero senza direzione.. o meglio, con troppe direzioni diverse! 🙂

NASA Press Release

NGC 6240, o la danza dei due buchi neri…

L’immagine che presentiamo si riferisce al sistema NGC 6240, ed è stata ottenuta combinando nuovi dati della sonda Chandra con immagini in banda ottica acquisite dal Telescopio Spaziale Hubble nello scorso anno. Già nel 2002, venne annunciata la scoperta in questo sistema di due buchi neri in fase di fusione, proprio basandosi su dati Chandra. I due buchi neri sono ad appena 3000 anni luce di distanza (un’inezia, per i parametri cosmici) e si possono vedere nella forma dei due puntini luminosi al centro dell’immagine.

Il sistema NGC 6240 come visto componendo dati da Chandra e da Hubble
Crediti: X-ray (NASA/CXC/MIT/C.Canizares, M.Nowak); Optical (NASA/STScI)

Gli scienziati ritengono che questi buchi neri siano tra loro così vicini perchè sono “colti” nell’atto di spiraleggiare uno intorno all’altro, in un processo che dovrebbe essere cominciato circa 30 milioni di anni fa. Si ritiene che alla fine i due oggetti compatti si fonderanno in un unico grande buco nero, anche se questo avverrà presumibilmente non prima di alcune decine o centinaia di  milioni di anni. Il fenomeno è certamente interessante e meritevole di ulteriori studi; basti pensare che il processo di fusione di buchi supermassivi ci si aspetta sia una delle più potenti sorgenti di onde gravitazionali che si possa trovare nell’intero Universo…

Chandra Press Release