I buchi neri potrebbero essere molto più ingordi di quanto abbiamo pensato finora. Lo suggerisce una ricerca della Northwestern University che, realizzando una delle simulazioni 3D a più alta risoluzione dei dischi di accrescimento di un buco nero rotante, mostra un nuovo processo di alimentazione, molto più veloce di quanto proposto dai modelli fini qui costruiti.
Secondo lo studio, un buco nero rotante è in grado di stravolgere lo spazio-tempo circostante tale da lacerare il disco di accrescimento che lo circonda e da cui trae nutrimento. I sottodischi creati dai detriti vengono poi divorati partendo dagli anelli più interni, il cui spazio lasciato vuoto viene poi riempito dai detriti più esterni, continuando così ad alimentare il processo di divoramento.
Questa nuova modalità di alimentazione a cicli ripetuti potrebbe portare il disco di accrescimento a evolversi in pochi mesi, un tempo incredibilmente rapido rispetto alle centinaia di anni proposte dai modelli precedenti. Il nuovo processo sarebbe, inoltre, coerente con la variabilità che caratterizza la luminosità dei quasar, ossia galassie lontane con al centro un supermassiccio e che emettono una enorme quantità di energia dalla regione nucleare.
«Alcuni quasar sembrano cambiare drasticamente su scale temporali di mesi o anni. Sembra che la parte interna del disco, da cui proviene la maggior parte della luce, venga distrutta e poi ricostituita – afferma Nick Kaaz della Northwestern University, che ha guidato lo studio – La teoria classica dei dischi di accrescimento non può spiegare questa drastica variazione, ma i fenomeni che osserviamo nelle nostre simulazioni potrebbero farlo. I rapidi schiarimenti e oscuramenti sono coerenti con la distruzione delle regioni interne del disco».
Secondo Kaaz, questi cicli veloci e ripetuti, tramite cui il disco interno viene mangiato, poi ricostituito per essere di nuovo divorato, potrebbero spiegare anche il fenomeno dei quasar trasformisti, ossia dall’aspetto mutevole dato che si accendono e si spengono nell’arco di mesi, molto più rapidamente dei quasar che tipicamente conosciamo.
Questo fotogramma dalle simulazioni mostra come il disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio possa dividersi in due sottodischi, che in questa immagine sono disallineati. Crediti: Nick Kaaz/Northwestern University
Come sottolineano i ricercatori, il motivo per cui i modelli precedenti non riescono a spiegare i quasar sarebbe riscontrabile nell’ipotesi, fin qui condivisa e a loro avviso errata, secondo cui i dischi di accrescimento siano relativamente ordinati e allineati con la rotazione del buco nero.
Le nuove simulazioni mostrano, in questo senso, un inedito scenario in cui le regioni che circondano il buco nero sono molto più disordinate e turbolente di quanto si pensasse.
Realizzate grazie a Summit, uno dei più grandi supercomputer del mondo situato presso l’Oak Ridge National Laboratory, nel Tennesee, queste simulazioni 3D hanno incluso per la prima volta tutta la fisica necessaria per ricostruire un buco nero realistico. Esse hanno mostrato, così, le conseguenze sul disco di accrescimento del fenomeno chiamato ‘frame-dragging‘: mentre ruota, il campo gravitazionale del buco nero è, infatti, talmente intenso da trascinare lo spazio-tempo con sé; ciò fa sì che la parte più interna del disco venga trascinata dalla rotazione del buco nero, finendo per disallinearsi con la parte più esterna del disco.
Man mano che la deformazione causata dal frame-dragging diventa più grave, la regione più interna del disco di accrescimento continua a oscillare sempre più velocemente fino a quando non si separa dal resto del disco. A quel punto, secondo le nuove simulazioni, i sottodischi iniziano a evolvere indipendentemente l’uno dall’altro.
Il disco è così sottoposto a due grandi spinte contrastanti: mentre l’attrito cerca di tenerlo insieme, la torsione dello spazio-tempo da parte del buco nero in rotazione vuole farlo a pezzi.
Secondo lo studio la regione di lacerazione, ossia dove i sottodischi interni ed esterni si staccano, diventa così il punto in cui inizia la vera e propria frenesia alimentare del buco nero.
Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.
Immagine in evidenza: illustrazione di come trascinando lo spazio-tempo, i buchi neri supermassicci possono lacerare il disco di accrescimento che lo circonda, dando origine a un sottodisco interno e a uno esterno. Crediti: Nick Kaaz/Northwestern University
