I buchi neri potrebbero emettere una quantità di energia molto maggiore rispetto a quanto si pensasse finora, e più velocemente ruotano, più efficiente risulta essere questa estrazione. Un team di scienziati ha studiato il fenomeno per capire meglio come i dischi di accrescimento, composti da gas e polveri che vorticano attorno a questi enigmatici oggetti cosmici, possano funzionare come potenti motori galattici.
Il meccanismo di estrazione dell’energia nei buchi neri
Dal 1977, i ricercatori hanno ipotizzato che l’energia possa essere sottratta alla rotazione di un buco nero grazie ai campi magnetici, un processo noto come effetto Blandford-Znajek (BZ). Questo meccanismo genera getti di particelle altamente energetiche che si propagano dai poli del buco nero. Tuttavia, molti dettagli rimanevano incerti, come la quantità esatta di energia convertita e il ruolo preciso dei campi magnetici.
Per rispondere a queste domande, un gruppo di studiosi ha effettuato una simulazione avanzata su un buco nero supermassiccio, rivelando aspetti cruciali sulla sua fisica e sul modo in cui questi giganti cosmici influenzano la struttura delle galassie.
Un nuovo scenario: più energia di quanto previsto
Jason Dexter, ricercatore presso l’Università del Colorado, Boulder, ha spiegato come il nuovo studio abbia dimostrato che la quantità di energia estratta da un buco nero è molto superiore a quanto ipotizzato in precedenza.
“È risaputo che il gas in caduta può prelevare energia dalla rotazione di un buco nero. Normalmente, si pensa che questa energia alimenti i getti, ma i nostri calcoli mostrano che il fenomeno è più complesso,” ha dichiarato Dexter.
Questa energia può essere rilasciata sotto forma di radiazione luminosa o può generare flussi di gas in espansione, contribuendo a illuminare le aree vicine all’orizzonte degli eventi.
Come i buchi neri alimentano le galassie
Gli scienziati studiano da decenni l’interazione tra i buchi neri supermassicci e le galassie circostanti. Questi colossi, con masse di milioni o miliardi di volte quella del Sole, alimentano i nuclei galattici attivi (AGN), tra i fenomeni più luminosi dell’universo.
Gli AGN spesso emettono una quantità di luce superiore alla somma di tutte le stelle della loro galassia, e questa incredibile energia deve provenire da qualche fonte. Molti studi passati si sono concentrati su flussi di accrescimento sferici a bassa luminosità, ma modellare in modo accurato i dischi di accrescimento densi e fortemente magnetizzati degli AGN ad alta luminosità è sempre stato complesso.
Le nuove ricerche suggeriscono che i campi magnetici potrebbero stabilizzare questi dischi, ma il loro ruolo nell’estrazione di energia e nella formazione di getti rimaneva incerto.
“Volevamo comprendere il meccanismo di estrazione dell’energia in questi ambienti altamente magnetizzati,” ha spiegato Prasun Dhang, ricercatore post-dottorato all’Università del Colorado, Boulder.
Simulazioni all’avanguardia per svelare il mistero
Per analizzare questi fenomeni, il team ha utilizzato una sofisticata simulazione di magnetoidrodinamica relativistica generale 3D (GRMHD). Questo modello consente di studiare il comportamento del plasma in condizioni di gravità estrema, mostrando come i campi magnetici influenzano la rotazione dei buchi neri.
Dhang ha sottolineato che l’obiettivo era capire l’effetto del flusso magnetico sulla capacità del buco nero di generare getti di particelle. I risultati hanno rivelato che tra il 10% e il 70% dell’energia estratta viene incanalata nei getti tramite il processo BZ.
“Più veloce è la rotazione, più energia il buco nero può rilasciare,” ha detto Dhang. Il resto dell’energia viene assorbito dal disco di accrescimento o si dissipa sotto forma di calore.
Un’altra scoperta importante riguarda la luminosità del disco di accrescimento, che aumenta con l’intensità del campo magnetico. Questo potrebbe spiegare perché alcuni AGN risultano molto più brillanti di quanto previsto dai modelli teorici.
“L’energia inutilizzata vicino al buco nero potrebbe riscaldare il disco e contribuire alla formazione di una corona,” ha aggiunto Dhang.
Il futuro della ricerca sui buchi neri
Il team ha intenzione di condurre ulteriori simulazioni per approfondire il processo di formazione delle corone attorno ai buchi neri. Lo studio è stato pubblicato il 14 Febbraio su The Astrophysical Journal.
