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La flessione gravitazionale della luce rivela uno dei più grandi buchi neri mai scoperti

La flessione gravitazionale della luce rivela uno dei più grandi buchi neri mai scoperti

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L’impressione di un artista di un buco nero, in cui l’intenso campo gravitazionale di un buco nero deforma lo spazio circostante. Questo distorce le immagini della luce di fondo, allineate quasi direttamente dietro di essa, in distinti anelli circolari. L’effetto gravitazionale “lente” fornisce un metodo osservativo per inferire l’esistenza di buchi neri e misurare la loro massa, in base a quanto sia significativa la flessione della luce. Il telescopio spaziale Hubble punta galassie lontane la cui luce passa molto vicino ai centri delle galassie nidificate in primo piano, che dovrebbero ospitare buchi neri supermassicci più di un miliardo di volte la massa del Sole. Credito immagine: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

Un team di astronomi ha scoperto uno dei più grandi buchi neri mai scoperti, sfruttando un fenomeno chiamato gravitational lensing.

Il team, guidato dalla Durham University nel Regno Unito, ha utilizzato la lente gravitazionale – in cui una galassia in primo piano si piega e ingrandisce la luce proveniente da un oggetto distante – e simulazioni al supercomputer presso la struttura DiRAC HPC, che hanno permesso al team di esaminare da vicino come la luce viene deviata da un buco nero all’interno di una galassia a centinaia di milioni di anni luce dalla Terra.

Hanno trovato un buco nero supermassiccio, un oggetto più di 30 miliardi di volte la massa del nostro Sole, nella galassia in primo piano, una scala vista raramente dagli astronomi.

Questo è il primo buco nero scoperto utilizzando questa tecnica, poiché il team simula il viaggio della luce attraverso l’universo centinaia di migliaia di volte. Ogni simulazione include un buco nero di massa diversa, che altera il viaggio della luce verso la Terra.

Quando i ricercatori hanno incluso un buco nero supermassiccio in una delle loro simulazioni, il percorso intrapreso dalla luce dalla galassia lontana per raggiungere la Terra corrispondeva al percorso visto nelle immagini reali prese dal telescopio spaziale Hubble.

I risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

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Un video che mostra come gli astronomi hanno utilizzato la lente gravitazionale per scoprire un buco nero 30 miliardi di volte la massa del Sole in una galassia a 2 miliardi di anni luce di distanza. Credito: Università di Durham

L’autore principale, il dottor James Nightingale, del Dipartimento di fisica della Durham University, ha dichiarato: “Questo particolare buco nero, circa 30 miliardi di volte la massa del nostro Sole, è uno dei più grandi mai scoperti e al limite superiore di quanto possiamo essere grandi. Noi penso che i buchi neri possano diventare un teorico, quindi è una scoperta molto eccitante”.

Il lensing gravitazionale si verifica quando il campo gravitazionale di una galassia in primo piano sembra deviare la luce di una galassia sullo sfondo, il che significa che lo notiamo più spesso.

Come una vera lente, anche questa ingrandisce la galassia sullo sfondo, consentendo agli scienziati di studiarla con maggiore dettaglio.

Fermo immagine video – buco nero – geometria dell’obiettivo. Credito: Università di Durham
Fermo immagine video – buco nero – immagine osservata. Credito: Università di Durham

Il dottor Nightingale ha detto: “La maggior parte dei grandi buchi neri che conosciamo sono in uno stato attivo, in cui la materia che viene avvicinata al buco nero si riscalda e rilascia energia sotto forma di luce, raggi X e altre radiazioni”.

Tuttavia, il lensing gravitazionale rende possibile studiare i buchi neri inattivi, qualcosa che attualmente non è possibile nelle galassie lontane.Questo approccio potrebbe permetterci di rilevare molti più buchi neri al di fuori del nostro universo locale e rivelare come questi oggetti esotici si siano evoluti nel tempo cosmico. .”

Lo studio, che coinvolge anche il Max Planck Institute tedesco, apre la possibilità allettante che gli astronomi possano scoprire buchi neri inattivi e più massicci di quanto si pensasse in precedenza, e indagare su come crescono così massicci.

La storia di questa stessa scoperta è iniziata nel 2004, quando il collega astronomo della Durham University, il professor Alastair Edge, ha notato un arco gigante di una lente gravitazionale durante la revisione delle immagini SGS.

Fermo immagine video – buco nero – massa intera. Credito: Università di Durham
Fermo immagine video di un buco nero supermassiccio supermassiccio. Credito: Università di Durham
Fermo immagine video di un buco nero – massa molto bassa. Credito: Università di Durham

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Avanti veloce di 19 anni e con l’aiuto di alcune immagini ad alta risoluzione del telescopio Hubble della NASA e delle strutture del supercomputer DiRAC COSMA8 presso la Durham University, il dottor Nightingale e il suo team sono stati in grado di rivisitare questo ed esplorarlo ulteriormente.

Il team spera che questo sia il primo passo per consentire un’esplorazione più approfondita dei misteri dei buchi neri e che i futuri telescopi su larga scala aiuteranno gli astronomi a studiare i buchi neri distanti per saperne di più sulla loro magnitudine e dimensione.

maggiori informazioni:
James Nightingale et al., Abell 1201: Rilevamento di un buco nero supermassiccio in una forte lente gravitazionale, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad587

Informazioni sulla rivista:
Avvisi mensili della Royal Astronomical Society