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Il buco nero fa luce sulla fisica

Il buco nero fa luce sulla fisica

Per decenni gli scienziati hanno indagato l’origine della radiazione elettromagnetica emessa in aree del cosmo che ospitano i buchi neri e le stelle di neutroni, gli oggetti più misteriosi dell’universo.

Gli esperti sostengono che tali radiazioni ad alta energia siano generate da elettroni che si muovo quasi alla velocità della luce, ma il processo che porta ad accelerare queste particelle è rimasto un mistero.

Un nuovo studio, capitanato da un team della Columbia University, sembra aver trovato una risposta: le radiazioni sarebbero alimentate dall’interazione di turbolenza e riconnessione di campi magnetici super potenti.

Per calcolare i meccanismi che accelerano le particelle di elettroni, i ricercatori hanno condotto delle simulazioni attraverso dei supercomputer, tra le più grandi al mondo mai realizzate in quest’area di ricerca.

I risultati mostrano che la turbolenza e la riconnessione magnetica, ovvero un processo in cui le linee del campo magnetico si strappano e si riconnetto rapidamente, ‘lavorano’ in simbiosi per accelerare le particelle.

 

Le simulazioni mostrano le forti fluttuazioni della densità delle particelle che si verificano negli ambienti turbolenti estremi che ospitano buchi neri e stelle di neutroni. Le regioni blu scure sono regioni a bassa densità di particelle, mentre le regioni gialle sono regioni fortemente eccessivamente dense. Le particelle vengono accelerate a velocità estremamente elevate a causa delle interazioni con forti fluttuazioni di turbolenza in questo ambiente

Le simulazioni mostrano le forti fluttuazioni della densità delle particelle che si verificano negli ambienti turbolenti estremi che ospitano buchi neri e stelle di neutroni. Le regioni blu scure sono regioni a bassa densità di particelle, mentre le regioni gialle sono regioni fortemente eccessivamente dense. Le particelle vengono accelerate a velocità estremamente elevate a causa delle interazioni con forti fluttuazioni di turbolenza in questo ambiente

 

«La regione che ospita buchi neri e stelle di neutroni è permeata da un gas di particelle cariche estremamente caldo e le linee del campo magnetico, trascinate dai movimenti caotici del gas, portano ad una riconnessione magnetica energetica», spiega Luca Comisso, astrofisico e autore principale dello studio.  «È grazie al campo elettrico indotto dalla riconnessione e dalla turbolenza che le particelle vengono accelerate alle energie più estreme, molto più elevate rispetto ai potenti acceleratori sulla Terra, come il Large Hadron Collider del Cern di Ginevra».

Le simulazioni condotte dal team hanno mostrato che il meccanismo chiave che ‘seleziona’ le particelle, che vengono accelerate dai campi magnetici turbolenti, è proprio la riconnessione magnetica. 

Lo studio, inoltre, ha rivelato che le particelle hanno aumentato la maggior parte della loro energia rimbalzando causalmente a velocità estremamente elevate. Quando il campo magnetico è forte, questo meccanismo di accelerazione è molto più rapido. I campi magnetici forti costringono le particelle a viaggiare in un percorso curvo e, così facendo, tali particelle emettono radiazioni elettromagnetiche.

«Questa è la vera radiazione emessa attorno ai buchi neri e alle stelle di neutroni», ha commentato Comisso.

L’obiettivo finale, spiega il team, è quello di sapere cosa sta realmente accadendo nell’ambiente estremo che circonda i buchi neri e le stelle di neutroni, per far luce sulla fisica fondamentale e migliorare la nostra comprensione di come funziona il nostro Universo.

Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

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