Analisi dei modelli di formazione dei getti nei โbuchi neri
Iโข buchi neri sono โentitร cosmiche affascinanti, caratterizzate da una โforza gravitazionale cosรฌ intensa che nemmeno la โluce puรฒ sfuggire una volta superato il loro orizzonte degli eventi. Tuttavia, รจ stato scoperto piรนโ di un secolo fa che โproprio al di fuori dellโorizzonteโฃ degli eventi, โi buchi neri possono produrre โขpotenti flussi diโข materia โฃedโ energia, noti come getti, che possono viaggiare โa โvelocitร โprossime โคa quella della luce. Le osservazioni telescopicheโข hanno mostratoโ questi getti estendersi direttamente verso lโesterno in flussi โฃconcentrati, similiโข a raggi laser, con alcuni getti che raggiungono lunghezze superiori a intereโฃ galassie.
Da quando sono stati scoperti โi getti, molti studiosi, tra cui il premio Nobel Sirโ Roger Penrose, hanno studiato la formazione di โquesti fenomeni โenigmatici. Attualmente,โฃ due modelli principali tentano di spiegare la formazione dei โgetti: il โmodello BZ-jetโ, dal nome dei ricercatori Blandford e Znajek e ora il modello piรนโค influente, sostiene che un getto si forma estraendo energia di rotazione โda unโ buco nero โขtramite linee di campo magnetico collegate allโorizzonte degli โeventi delโฃ buco nero. Al contrario, il secondo modello sostiene che un getto si forma estraendo energia rotazionale dal disco di accrescimento di un buco nero, unaโ raccolta di โคgas ionizzato che ruota attorno al buco โฃneroโ a causaโค della sua forte forza gravitazionale. Questโultimo puรฒ essereโ descritto come il โmodello disco-jetโ.
ย
Valutazione dei modelli di formazione dei getti
Sebbene il modello BZ-jet fosse giร โstato utilizzato da altri ricercatori per simulare flussi collimati generalmente relativistici, ovvero getti, nonโ era chiaro seโ il modello BZ-jet potesse spiegare la morfologia osservata di un getto reale, inclusa la sua struttura โallungata, larghezza e luminositร โคai bordi, cioรจ la sua maggiore โคluminositร vicino al bordo del getto.
Per indagare la validitร di questi due modelli, un โteamโ internazionale guidato dal Dr. โขYuan Feng dellโOsservatorio Astronomico di Shanghai dellโAccademia Cinese delle Scienze ha calcolato i โขgetti previsti da questi due modelli per โil buco nero supermassiccio al centro di Messier โข87 (M87), una gigantesca galassia nella โขcostellazione dellaโค Vergine. Il team ha โpoi โฃconfrontato i suoi calcoli con le osservazioni โreali del getto di M87, che erano state registrate nella prima immagineโ di un buco nero mai catturata dal Telescopio Event โHorizon (EHT). La ricerca del team ha mostrato che il modello BZ-jet prevedeva accuratamente la morfologia delโค getto โdi โM87 osservato, mentre il modello disco-jet faticava a spiegare le osservazioni. Lo studio รจ statoโข pubblicato su Science Advances.
ย
Metodologia e risultati
Per quanto riguarda โขi metodi, il team ha prima impiegato simulazioni โขtridimensionali generalmenteโ relativisticheโข magnetoidrodinamiche (GRMHD) per riprodurre la struttura del getto di M87. Per calcolare la radiazione โขdai getti simulati e confrontare la radiazione con le osservazioni, lo โฃspettro energetico โe la distribuzione spaziale degli elettroniโข radianti erano cruciali. Il team โขha โipotizzato che lโaccelerazioneโ degli elettroni avvenisse attraverso la โriconnessione magneticaโ, ovvero un processo in cui lโenergia magnetica viene convertita in energiaโฃ cinetica, energia termica eโฃ accelerazione delle particelle. Basandosi su โคquesta ipotesi, โil team ha combinato i risultati degli studi di accelerazione delle particelle utilizzando la teoria cineticaโฃ per risolvere โฃunโequazione diโ distribuzione dellโenergia โdegli elettroni inโข stato stazionario.โค Ha poi ottenuto gli spettri energetici eโข le โฃdensitร numeriche degli elettroni in diverse regioni dei getti simulati.
ย
Combinando queste informazioni con simulazioni diโ accrescimento, inclusa la forza del โcampo magnetico,โฃ laโฃ temperatura del plasma di gas e la velocitร , il โขteam ha ottenuto risultati che potevano โฃessere confrontati con osservazioni reali. Iโ risultati hanno โmostrato che la morfologia del getto prevista dalโข modello BZ-jet corrispondeva molto bene alla morfologia osservata del getto di โM87, inclusa la larghezza del getto, la lunghezza,โฃ le caratteristiche di luminositร ai bordi e la โคvelocitร . Al contrario, leโค previsioni del modello disco-jet erano incoerenti con le โขosservazioni.
ย
Inoltre, il team ha analizzatoโ il processo di ricongiunzione magnetica e ha scoperto che era dovuto a eruzioni magnetiche generate dai campi magnetici nel disco di accrescimento del buco nero M87. Queste eruzioni causavano forti disturbi โal campo magnetico, che potevano propagarsi su lunghe distanze, portando alla ricongiunzione magnetica nei getti.
Questoโ lavoro colma il divario tra i โmodelli dinamici di formazione dei getti e varie proprietร osservate dei getti, fornendoโ la prima evidenza che il modello BZ-jet affronta le questioni energetiche dei getti e spiega anche altre osservazioni.