Gli scienziati creano i getti del buco nero in laboratorio

I buchi neri supermassicci sono tra gli oggetti più affascinanti dell’Universo. Questi giganti cosmici divorano la materia del loro ambiente con incredibile intensità. Tuttavia, non è solo il loro vorace appetito ad incuriosire gli scienziati, ma anche i getti di plasma che emettono. Questi getti, che possono estendersi per migliaia di anni luce, vengono infatti espulsi a velocità prossime a quella della luce. Fino a poco tempo fa, gli esatti meccanismi dietro la loro formazione rimanevano un mistero. Un recente esperimento, tuttavia, potrebbe aver trovato un pezzo cruciale del puzzle.

Comprendere i getti del buco nero

Per comprendere l’importanza di questa scoperta, è essenziale capire come si formano i getti del buco nero. Pensa a un buco nero come a un gigantesco aspirapolvere cosmico che risucchia tutto ciò che gli è vicino. La materia in accrescimento, composta da gas e polvere, forma quindi un disco a spirale attorno al buco nero. Questo disco è fatto di plasma, una zuppa di atomi ionizzati privati ​​di elettroni. Il plasma, attratto dalla gravità del buco nero, si avvicina sempre più fino a che una parte viene espulsa ad alta velocità sotto forma di getti collimati. Ces getti sono incredibilmente potenti e possono percorrere enormi distanze attraverso lo spazio interstellare.

Nonostante la loro visibilità e il loro impatto, gli scienziati hanno lottato a lungo per capire come si formano e rimangono così stretti mentre percorrono distanze così grandi.

Un’esperienza rivelatrice

Per svelare questo mistero, i ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory hanno sviluppato un esperimento innovativo che utilizza fasci di protoni. Nel dettaglio, i ricercatori hanno prima utilizzato laser ad alta potenza per generare plasma ad alta densità. Questi laser erano puntati su un bersaglio di plastica e producevano un’esplosione di particelle cariche. Parallelamente, ulteriori laser hanno innescato reazioni di fusione nucleare in una piccola capsula che contiene deuterio ed elio-3. Queste reazioni hanno poi prodotto esplosioni di protoni e raggi X.

Per osservare come il plasma interagisce con i campi magnetici, i ricercatori hanno poi diretto questi protoni e raggi X attraverso una rete di nichel. Immagina questa maglia come un setaccio molto fine che filtra i protoni in fasci distinti. Osservando questi raggi, gli scienziati hanno potuto analizzare come il plasma interagisce con il campo magnetico circostante. Poiché i raggi X non sono carichi, passano attraverso la rete senza essere influenzati dal campo magnetico, fornendo un’immagine chiara e non distorta del plasma.

Cosa abbiamo scoperto

L’esperimento ha rivelato alcuni risultati affascinanti. Osservando l’interazione tra il plasma e il campo magnetico, i ricercatori hanno scoperto che il plasma provoca instabilità nel campo magnetico, note comeinstabilità magneto-Rayleigh-Taylor. Creano strutture vorticose nel campo magnetico che assomigliano turbinii o forme di funghi.

Quando l’energia del plasma diminuisce, le linee del campo magnetico si ritraggono concentrando il plasma in una colonna stretta. Questo fenomeno è simile al modo in cui i getti relativistici dei buchi neri si formano e navigano nello spazio. Questa scoperta è particolarmente significativa perché conferma una vecchia ipotesi secondo la quale queste instabilità magnetiche svolgono un ruolo cruciale nella formazione dei getti. Osservando direttamente queste instabilità, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che i getti osservati attorno ai buchi neri sono il risultato del modo in cui il plasma in espansione interagisce con i campi magnetici.

Perché è importante

Questo progresso è importante per diverse ragioni fondamentali. Innanzitutto, offre a spiegazione tangibile basata sulle osservazioni per la formazione di getti relativistici emessi dai buchi neri supermassicci. Fino ad ora, la comprensione di questi getti si basava infatti su teorie e modelli che, sebbene impressionanti, erano ancora validi parzialmente speculativo. Le osservazioni dirette delle instabilità magneto-Rayleigh-Taylor nel plasma ora forniscono un collegamento diretto tra i processi del campo magnetico e la formazione del getto. Ciò aiuta a colmare una lacuna cruciale nella nostra comprensione dei meccanismi che controllano questi getti colossali, fornendo prove sperimentali per fenomeni precedentemente modellati solo teoricamente.

In secondo luogo, questa scoperta migliora significativamente la precisione dei modelli astrofisici utilizzato per simulare getti di plasma negli ambienti estremi dei buchi neri. Prima di questo esperimento, le simulazioni erano spesso basate su presupposti teorici e approssimazioni che non riuscivano a cogliere appieno i complessi dettagli dell’interazione tra il plasma e il campo magnetico. Fornendo dati sperimentali concreti su come interagiscono questi elementi, i ricercatori consentono agli astrofisici di perfezionare e migliorare i loro modelli. Ciò avrà quindi profonde implicazioni sul modo in cui comprendiamo non solo i getti dei buchi neri, ma anche altri fenomeni astrofisici simili come i getti prodotti dalle stelle di neutroni e dalle pulsar.

I risultati sono stati pubblicati il ​​27 giugno sulla rivista Ricerca di revisione fisica.