Nuove scoperte dall'outburst di MAXI J1820+070

Un sistema binario di raggi X con buco nero (BHXRB) è un sistema che include un buco nero e una stella normale, che emette molta radiazione principalmente nella gamma dei raggi X. In questi sistemi, la forte attrazione gravitazionale del buco nero tira gas dalla stella, creando un disco di materiale che spiraleggia verso il buco nero. Questo disco si comporta come un imbuto, dove la materia si muove verso l'interno a causa dell'attrito e della gravità.

Di recente, osservazioni di un specifico sistema binario di raggi X con buco nero noto come MAXI J1820+070 hanno fornito spunti su come si comportano questi sistemi, specialmente durante le eruzioni. Queste eruzioni sono quando la quantità di materiale che cade nel buco nero aumenta notevolmente, risultando in lampi brillanti di radiazione X insieme a segnali radio e ottici.

#Cosa è successo durante l'Eruzione del 2018

MAXI J1820+070 ha attirato l'attenzione durante la sua eruzione a marzo 2018. Gli scienziati hanno monitorato questo evento usando vari telescopi che catturano diversi tipi di luce. Questo ha incluso osservazioni ai raggi X da uno strumento che può vedere una vasta gamma di livelli di energia dei raggi X, oltre a tracciare la sua luminosità nelle gamme ottica e radio.

Le osservazioni hanno mostrato che durante questa eruzione, ci sono state delle pause tra i diversi tipi di radiazione emessa. Ad esempio, i segnali radio risultavano in ritardo rispetto ai segnali X di circa 8 giorni, mentre i segnali ottici erano indietro rispetto alle emissioni radio di circa 17 giorni. Queste pause suggeriscono che ci sono diversi processi in gioco quando il materiale viene risucchiato nel buco nero e come il buco nero interagisce con il materiale circostante.

#Il ruolo dei campi magnetici

Uno dei concetti chiave coinvolti in queste osservazioni è il comportamento dei campi magnetici intorno al buco nero. Quando il materiale cade in un buco nero, trascina con sé campi magnetici che possono diventare compressi e intensificati. Se i campi magnetici diventano abbastanza forti, potrebbero impedire a ulteriore materiale di cadere. Questo è chiamato disco magneticamente arrestato (MAD).

In questa situazione, i forti campi magnetici creano una sorta di barriera, rallentando o fermando il flusso di materiale verso il buco nero. Questo può portare a un aumento della luminosità dei raggi X emessi. È un po' come quando una diga trattiene l'acqua: man mano che la pressione dell'acqua aumenta, può alla fine defluire sopra o intorno alla diga, ma se la diga è abbastanza solida, quel flusso può essere fermato.

#Osservazioni di segnali X, radio e ottici

Durante l'eruzione del 2018, gli scienziati hanno raccolto dati da diversi tipi di telescopi. Il telescopio ai raggi X ha registrato emissioni ad alta energia dal buco nero, mentre i telescopi radio hanno catturato i segnali radio in ritardo. Allo stesso tempo, i telescopi ottici hanno tracciato i cambiamenti di luminosità nella luce visibile.

L'analisi dei segnali ha mostrato modelli chiari. Le emissioni X, in particolare durante i lampi, forniscono informazioni cruciali sulla temperatura e sul comportamento del disco interno. Le emissioni radio ci dicono dei Getti prodotti vicino al buco nero, mentre le osservazioni ottiche offrono uno sguardo sulla struttura e sulla dinamica del disco esterno.

#Ritardi temporali spiegati

I significativi ritardi osservati tra i segnali X, radio e ottici possono essere spiegati dai diversi processi che si verificano nel disco. Quando si verifica un lampo nelle emissioni X, raggiunge le parti esterne del disco e le riscalda. Questo riscaldamento può portare a cambiamenti nella viscosità del materiale del disco, che influisce su quanto rapidamente può muoversi e generare ulteriori emissioni.

Nel caso dei segnali radio, il loro ritardo indica che provengono da un getto composto da materiale spinto via dal buco nero. La formazione del getto è influenzata dai campi magnetici che si intensificano a causa del materiale in arrivo. Di conseguenza, i lampi radio appaiono dopo i lampi X.

Il lungo ritardo dei segnali ottici indica che gli effetti termici causati dalle emissioni X impiegano più tempo per creare cambiamenti rilevabili nella luce visibile a causa della struttura e della dinamica del disco esterno.

#L'ambiente del buco nero

Nel caso di MAXI J1820+070, si trova a circa 2.96 chiloparsec di distanza. Il suo periodo orbitale-il tempo che impiega la stella a orbitare attorno al buco nero-è di circa 16.5 ore. In termini più semplici, ciò significa che il buco nero e la sua stella compagna sono bloccati in una danza ravvicinata l’uno attorno all’altro.

Quando si è verificata l'eruzione, ha attirato notevole attenzione dagli scienziati a causa della quantità di energia prodotta. L'energia dei raggi X può raggiungere livelli molto più alti rispetto a quanto normalmente osservato, indicando che sta accadendo qualcosa di drammatico nel sistema.

#Il ciclo delle eruzioni

Questo sistema di buchi neri mostra un modello noto come eruzioni e quiescenza. Durante la quiescenza, una quantità significativa di materiale si accumula in un disco freddo e sottile che circonda il buco nero. A determinati punti, le condizioni diventano giuste per un’eruzione. Questo è spesso innescato da cambiamenti di temperatura che causano instabilità nel materiale del disco.

Man mano che il disco si riscalda, può portare a cambiamenti rapidi, creando brillanti lampi di raggi X mentre il materiale viene incanalato nel buco nero. Dopo un certo punto, la luminosità inizierà a svanire mentre il disco si svuota, riportando il sistema a uno stato di quiescenza.

#La complessità del comportamento dei buchi neri

Il comportamento dei buchi neri e delle loro stelle compagne è complesso e coinvolge molti processi fisici. Ad esempio, i buchi neri mostrano stati diversi, come stati duri e morbidi. Nello stato duro, i raggi X emessi sono di energia più alta, mentre nello stato morbido, le emissioni sono composte da raggi X a bassa energia e indicano cambiamenti significativi nell'ambiente intorno al buco nero.

La transizione tra questi stati può essere accompagnata da lampi nei raggi X, che vengono poi rilevati in altre lunghezze d'onda. I meccanismi fisici dietro queste transizioni sono ancora oggetto di ricerca intensa, poiché gli scienziati cercano di districare i vari processi che si svolgono in questi ambienti estremi.

#L'importanza delle osservazioni multi-lunghezza d'onda

Osservando MAXI J1820+070 attraverso diverse lunghezze d'onda, gli scienziati possono ottenere una migliore comprensione di come funzionano i buchi neri e di come influenzano il loro ambiente. Ogni tipo di osservazione fornisce spunti particolari:

• Osservazioni ai raggi X: Queste rivelano processi ad alta energia che avvengono vicino al buco nero e forniscono informazioni sulle condizioni nel disco interno.
• Osservazioni radio: Forniscono indizi sui getti e su come sono strutturati i campi magnetici intorno al buco nero, specialmente durante le eruzioni.
• Osservazioni ottiche: Aiutano a comprendere la struttura più ampia del disco e i processi termici che avvengono a distanze maggiori dal buco nero.

La combinazione di queste osservazioni consente agli scienziati di assemblare un quadro più completo dell'influenza del buco nero sulla stella e sulla struttura del disco.

#Il futuro della ricerca sui buchi neri

Con l'avanzare della tecnologia, nuovi telescopi e strumenti permetteranno studi più dettagliati sui buchi neri e i loro comportamenti. Le ricerche future si concentreranno probabilmente su come raccogliere più dati durante le eruzioni e comprendere i processi che portano alla formazione dei getti e ad altri fenomeni.

Con osservazioni in corso, i ricercatori sperano di sviluppare modelli migliori per spiegare come i buchi neri interagiscono con il loro ambiente. Miriamo a rispondere a domande fondamentali sul comportamento della materia e dell'energia in condizioni estreme, contribuendo alla nostra comprensione dell'universo.

#Conclusione

Lo studio dei buchi neri binari a raggi X come MAXI J1820+070 offre spunti unici sulla natura dei buchi neri e sui loro effetti sulle stelle vicine. Attraverso l'osservazione attenta di diverse fonti di luce, gli scienziati possono mettere insieme le intricate interazioni che si verificano in questi affascinanti sistemi. Man mano che più dati diventano disponibili e la nostra comprensione evolve, i segreti dei buchi neri saranno lentamente svelati, arricchendo la nostra conoscenza del cosmo.