31 quasar lontani lontani

Rappresentazione artistica di un quasar - via ESA

Partiamo dalla definizione: i quasar sono dei nuclei galattici particolarmente luminosi e attivi. Il termine, che è la crasi di quasi-stellar object, identifica una particolare sottoclasse degli AGN, Active Galactic Nuclei. Erano stati rilevati per la prima volta negli anni Cinquanta del XX secolo e così nominati nel maggio del 1964 dall'astrofisico Hong-Yee Chiu in un articolo divulgativo pubblicato su Physics Today. Di fatto, a oggi, si ritiene che dietro i quasar si nascondano dei buchi neri supermassicci e che dunque la loro attività sia ciò che riusciamo a vedere della distruzione della materia che avviene intorno all'orizzonte degli eventi.

Materia fermionica al centro della galassia?

foto di Petr Horálek via ESO

Il punto interrogativo nel titolo del post è d'obbligo, visto che la cosa non è stata ancora verificata, ma se dovesse esserlo, potrebbe portare a una interessante revisione sulla teoria di formazione delle galassie. Nell'articolo The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter (tra gli autori c'è anche un ricercatore dell'INAF, Remo Ruffini) si sostiene che (semplificando l'articolo e saccheggiando l'abstract) è possibile spiegare le osservazioni intorno a Sagittarius A* sostituendolo con un

oggetto compatto supermassiccio composto da materia oscura fermionica autogravitante (DM).

Le grandi domande della vita: La rotazione dei buchi neri

A volte ci si imbatte in domande piuttosto curiose, come quella in cui si chiede se un buco nero sia in grado di ruotare così velocemente che la sua forza centrifuga sia in grado di superare la forza gravitazionale.
Partiamo dalle soluzioni dell'equazione di campo della relatività generale di Albert Einstein. Esistono quattro soluzioni che descrivono quattro tipi di buchi neri. Due di questi sono buchi neri stazionari, gli altri due sono buchi neri rotanti. A loro volta questi possono essere distinti in carichi e neutri, ma questa distinzione, alla fin fine, non ha importanza. Ciò che ci interessa è che effettivamente i buchi neri ruotano su se stessi lungo uno dei loro assi di simmetria. E secondo la teoria sarebbe possibile che un buco nero che ruota fino alla velocità della luce si ritroverebbe senza orizzonte degli eventi, esponendo quindi allo sguardo dell'universo la singolarità che prima era nascosta. Si parla, in questo caso, di singolarità nuda.

Omega Centauri e il problema dell'anello mancante

No. Il così detto (e falso) problema dell'anello mancante non è stato risolto dagli astronomi osservando le stelle, ma questo è un problema prettamente astronomico.
Come sappiamo, nell'universo sono presenti oggetti giganteschi da cui stare ben lontani, come per esempio i buchi neri. Questi oggetti cosmici, tutti osservati per vie indirette, a parte i pochi casi noti, ricadono in due grandi classi: quelli di massa stellare e i buchi neri supermassicci, questi ultimi trovati tutti al centro delle galassie. Mancano quindi evidenze di buchi neri nella fascia di massa intermedia.
In realtà c'era già da diversi anni l'idea che al centro di Omega Centauri, un ammasso globulare (un insieme di stelle a simmetria sferica - quando il gergo matematico aiuta a descrivere meglio!) posto nella costellazione del Cantauro, potesse contenere al centro un buco nero di queste caratteristiche.

Anello di congiunzione m-astro-dontico

Siamo nella costellazione della Colomba, una piccola costellazione dell'emisfero nord posta a sud della Lepre e del Cane Maggiore. Il nome a questo gruppo di stelle, già descritto da Arato da Soli nel suo poema Phainomena, gli venne assegnato da Petrus Plancius. Tra i pochi oggetti del profondo cielo presenti nella sua area, puntiamo il nostro obiettivo verso l'ammasso globulare NGC 1851. In pratica un ammasso globulare è un insieme di stelle distribuite secondo una simmetria sferica, particolarmente dense al centro dove la gravità risulta più intensa. In particolare a puntare i suoi obiettivi verso NGC 1851 ci ha pensato il radio telescopio MeerKAT, nel Parco Nazionale di Meerkat in Sud Africa.

NGC 1851 immortalato dal telescopio Hubble - via commons

Al centro della Via Lattea

Era l'8 settembre del 1966 quando il primo episodio ufficiale di Star Trek, The Man Trap, Trappola umana, veniva messo in onda dalla NBC. Dopo i 55 anni da quella prima puntata festeggiati con lo Star Trek Day dell'anno scorso, anche in questo 2022 dedico un video alla fisica di Star Trek. In questa occasione, però, mi lascio ispirare dalla serie animata, che ha proseguito le vicende della serie classica a partire dal 1973 e fino al 1974 per un totale di 22 episodi.

Il primo buconero extragalattico

Un gruppo di ricerca che, generalmente, scova i falsi positivi nella grande famiglia degli annunci delle scoperte di nuovi buchi neri, ha scoperto il primo buconero extragalattico di massa stellare. Tra l'altro, oltre alla novità per il gruppo, che, come ricorda il leader Tomer Shenar, si è riunito per la prima volta per discutere di una scoperta e non di una cancellazione, c'è anche un interessante risvolto scientifico nella comprensione dell'evoluzione dei buchi neri. La stella che dovrebbe aver generato il buco nero appena scoperto grazie al Very Large Telescope non ha lasciato alcuna traccia di se e della sua esplosione: un interessante quesito cui rispondere!

Da Fibonacci a Sagittarius A*

Quando uscì la recensione di Annihilator (che ho riproposto con qualche modifica su EduINAF proprio per l'occasione) scrissi un'introduzione il più accurata possibile dal punto di vista scientifico, che ho anche estratto e riproposto qui su DropSea. Alla fine, dopo un montaggio che ha preso più tempo del previsto (ma anche già l'audio ha richiesto lo stesso), ecco arrivare un video dedicato a questa nuova fantastica foto di un buco nero supermassiccio, Sagittarius A*, quello che si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea.

Le grandi domande della vita: Allineamenti

Si è da poco chiusa la diretta di EduINAF dedicata all'allineamento planetario tra Giove, Saturno e Venere. In effetti Venere non si è palesato, a causa della sua bassa altezza sull'orizzonte, per cui la live è ruotata intorno ai due pianeti giganti gassosi. Oltre ai telescopisti presenti (da Trieste, Palermo e soprattutto Roma, dove per fortuna c'era un cielo bellissimo) era presente anche Federico Tosi che ha raccontato diverse curiosità sui pianeti giganti e risposto ad alcune delle domande dal pubblico. Ad altre abbiamo pensato a rispondere io e Sandro Bardelli.
In particolare ho risposto a un paio di domande che vi ripropongo, fresche fresche, qui sotto:

Orizzonte demoniaco

Disponibile fino a un paio di mesi fa, Event Horizon. Punto di non ritorno è ormai da considerarsi come un classico della fantascienza horror. Diretto da Paul William Scott Anderson, ha per protagonista Sam Neill, quello di Jurassic Park (ma non solo!), che interpreta il dottor William Weir, che ha progettato il motore che muove la Event Horizon, una gigantesca astronave che si era perduta nel cosmo e che è improvvisamente ricomparsa dopo 7 anni, nel 2047, nei pressi di Nettuno. A investigare sulla faccenda viene inviata la Lewis and Clark, il cui equipaggio è guidato dal capitano Miller, un sempre ottimo Laurence Fishburne, e ha come ospite proprio Weir in qualità di consulente. Tra i protagonisti si conta anche Joely Richardson (che ho anche recentemente visto ne Il colore venuto dallo spazio di Richard Stanley) il cui personaggio, il tenente Starck, riveste un ruolo importante nello sviluppo della trama.
Il punto centrale del film è, effettivamente, il motore della Event Horizon, che viene "venduto" da Weir come un vero e proprio buco nero artificiale. La sua attivazione, secondo quanto ricostruito dai diari di bordo e dalle informazioni fornite da Weir, potrebbe aver portato l'astronave in un'altra dimensione, un universo parallelo diabolico e deviato da cui ha trasportato nel nostro un'entità malvagia e diabolica. Con tutte le conseguenze del caso per l'equipaggio della Lewis and Clark.

Un universo cavo nello spazio

Formatisi nel 1975, il loro primo album venne pubblicato nel 1980, titolato, come molti gruppi all'esordio, con il loro stesso nome. Colonne dell'heavy metal britannico, il loro ultimo album è uscito nel 2015, risultando uno dei successi dell'anno: sto parlando dell'album The Book of Souls e, soprattutto, degli Iron Maiden, che non saranno i Metallica, ma qualcosa alla storia della musica la stanno lasciando.
Dal punto di vista iconografico, gli Iron Maiden sono immancabilmente rappresentati da Eddie, la loro mascotte, uno zombie. Protagonista del merchandise del gruppo, Eddie è anche diventato il protagonista di un paio di videogame lanciati dalla band. D'altra parte nel video di Speed of light il buon Eddie saltella da un genere videoludico all'altro, omaggiando così uno dei mezzi di divertimento più diffusi degli ultimi quarant'anni.
Sebbene, a conti fatti, tecnicamente i Metallica sono superiori, vale la pena spendere qualche riga ogni tanto anche sugli Iron Maiden e sull'appena citata Speed of light, visto che il testo presenta alcuni spunti molto interessanti.

Passaggio iperspaziale

Potrei sottotitolare questo post: quando la scienza si fa fantascienza.
Di solito questo avviene con la fisica teorica, che spinge spesso i modelli verso situazioni assolutamente inimmaginabili. I fisici, ad esempio, in vari modi differenti, sono spesso arrivati alla conclusione che il nostro è un universo immerso in un multiverso. Già queste cose suonano piuttosto fantascientifiche. In molti romanzi di fantascienza, poi, gli oggetti esotici che chiamiamo buchi neri, invece di spaghettificare il malcapitato che vi finisce dentro, lo catapulta in un altro universo, magari grazie a un buco bianco che sputa materia invece di assorbirla. In questa visione, però, un buco nero è associato con un buco bianco, eppure nel 1996 ci fu qualcuno che, come conseguenza di alcune premesse quantistiche, immaginò che in due universi distinti all'interno di un metauniverso esistevano due buchi neri associati uno con l'altro. E a quel punto ci si potrebbe chiedere come sia possibile verificare ciò. Semplice: basta essere un osservatore asintotico, ovvero salire, ad esempio, sull'Enterprise e dirigersi verso il bordo più estremo dell'universo nel lontano futuro. La conseguenza di questa visione, però, è che un universo all'interno del metauniverso non può mai essere autonomo e deve sempre avere almeno un confine che lo collega al resto di un metauniverso autonomo.
In parole semplici e fantascientifiche, deve esistere un passaggio iperspaziale verso un altro universo.

Gonzalez-Diaz, P. F. (1996). Quantum black-hole kinks. arXiv:gr-qc/9606036.

Radio Star

I Buggles sono stati un duo formatosi nel 1977 dalla collaborazione tra Trevor Horn e Geoff Downes. Il gruppo risultò attivo fino al 1981, quando entrarono negli Yes, storico gruppo progressive britannico. La cosa può apparire un po' strana, considerando che i Buggles sono un gruppo synth pop, mentre il brano che li fece conoscere a livello mondiale, Video killed the radio star, è considerato un precursore del techno pop.
Il testo non ha alcun riferimento scientifico, ma solo tecnologico. Anticipa indubbiamente le tematiche letterarie del cyberpunk (la canzone esce, come singolo, nel 1979, mentre Neuromante, il romanzo che ha dato il via al genere, è del 1984), e nascosta dietro una musica coinvolgente, propone una visione non molto ottimistica del futuro tecnologico, che emerge non solo dal titolo, ma anche da alcuni versi come ad esempio:

Pictures came and broke your heart

Sebbene, nel complesso, titolo, testo e video ufficiale (che peraltro fu il primo video trasmesso da MTV l'1 agosto del 1981) sia un chiaro riferimento alla sfida tra televisione e radio, e sebbene la radio viva una stagione decisamente molto interessante, anche grazie a podcast e web radio, non è di tutto questo che voglio scrivervi quest'oggi, ma, letteralmente, di radio stelle!

La fase di Berry dei buchi neri

In meccanica quantistica una fase geometrica, anche detta fase di Berry è una differenza di fase che un dato sistema fisico acquisisce nel corso di un ciclo durante il quale il sistema stesso è sotto l'azione di un processo adiabatico. Tale fase è legata alle proprietà geometriche del sistema stesso (il che è una semplificazione, ma per i nostri scopi non serve scendere eccessivamente nel dettaglio).
Venne scoperta indipendentemente da Shivaramakrishnan Pancharatnam nel 1956⁽¹⁾, Hugh Christopher Longuet-Higgins⁽²⁾ nel 1958 e successivamente generalizzata da Michael Berry⁽³⁾ nel 1984. Questa fase, per quanto sia geometrica, ha degli effetti fisici misurabili ad esempio in un esperimento di interferenza. Un esempio di fase geometrica è il pendolo di Foucault.

I segreti di un'infografica: Fatti e misfatti di un buco nero

Oggi è uscita su Edu INAF un'infografica sui buchi neri che raccoglie un po' di informazioni "tecniche" in modo un po' divulgativo, il seguito del fumetto/infografica storico del mese scorso. L'ho realizzata utilizzando il pacchetto tikz di LaTeX e compilando il tutto con LuaLaTeX che permette di utilizzare font personalizzati, nello specifico OpenDyslexic.
Scendendo un po' nel dettaglio scientifico, quanto scritto nell'infografica l'ho diffusamente trattato in vari articoli (Il buco nero e il gravitone, Cosa resta dentro un buco nero, Residui gravitazionali, Il limite di Chandrasekhar, giusto per citare alcuni degli ultimi) a parte, forse, la questione posta nel finale legato all'ombra del buco nero. Sull'argomento, come avevo accennato, venni edotto da un seminario interno di Gabriele Ghisellini (che ne ha anche scritto sul sito dell'Osservatorio di Brera). Vediamo se mi riesce di spiegarla anche a me.

Il limite di Chandrasekhar

Chandrasekhar - via nobelprize.org

La foto del centro della galassia M87 occupato da un buco nero supermassiccio ha permesso di raccontare alcuni dei personaggi più noti e altri meno noti nella lunga corsa ai buchi neri. Di questi, quasi a voler ripetere la storia, è passato quasi sotto silenzio il fisico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar, che fu anche Premio Nobel per la Fisica nel 1983 per i suoi contributi alla comprensione dell'evoluzione stellare.
Chandrasekhar, in due articoli usciti nel 1931⁽¹⁾ e nel 1935⁽²⁾, determinò il valore limite della massa di una stella per diventare o meno un buco nero. Per tale eventuale destino gioca un ruolo fondamentale la quantità di massa non ruotante della stella in grado di opporsi al collasso gravitazionale. Se tale porzione risulta avere una massa inferiore ai $3 \cdot 10^{30} kg$, all'incirca 1.44 masse solari, allora la stella è destinata a diventare una nana bianca, altrimenti se tale massa risulta superiore al limite di Chandrasekhar, allora diventerà o una stella di neutroni o un buco nero.
La formula che identifica tale massa, come la formula della lunghezza di Planck usata da Matvei Bronstein per porre le basi della gravità quantistica a loop, raccoglie in se tutte le costanti di natura e qualcosa in più essendo anche una costante cosmica:

Il buco nero che si nasconde

Torno di nuovo al famoso buco nero al centro di M87, questa volta con un video dalla IGTV dell'Osservatorio di Brera: nel video qui sotto vedrete Gabriele Ghisellini, che oggi pomeriggio ha spiegato ciò che ha capito sulla foto del buco nero in un seminario scientifico interno, spiega cos'è la zona nera all'interno della zona colorata della foto.
Altri dettagli sul sito dell'Osservatorio.

Residui gravitazionali

L'argomento buco nero e gravitoni non si può esaurire completamente con quanto scritto quasi un mese fa. In quell'occasione sono rimasti fuori alcuni articoli interessanti, che vado a raccogliervi qui velocemente. Inizio da quanto scritto sul sito del CERN a proposito di dimensioni extra, gravitoni e micro buchi neri:

Alcuni teorici suggeriscono che una particella detta "gravitone" sia associata alla gravità nello stesso modo con cui il fotone è associato alla forza elettromagnetica. Se i gravitoni esistono, dovrebbe essere possibile crearli all'LHC, ma dovrebbero scomparire rapidamente all'interno di dimensioni extra. Le collisioni dentro gli acceleratori di particelle creano sempre eventi bilanciati - proprio come i fuochi d'artificio - con le particelle che volano in tutte le direzioni. Un gravitone potrebbe fuggire dai nostri rivelatori, lasciare una zona vuota che notiamo come uno squilibrio nel momento e nell'energia. Abbiamo bisogno di studiare con attenzione le proprietà dell'oggetto mancante per capire se è un gravitone che sta scappando in un'altra dimensione o qualcosa d'altro. Questo metodo di ricerca per l'energia mancante è utilizzato anche per cercare la materia oscura o le particelle supersimmentriche.

Cosmo Brain: M87

Non sono ancora riuscito a sistemare l'audio della puntata di Cosmo Brain dedicata al pi greco, ma nel frattempo Ilaria Ferrari e Laura Paganini, le due ideatrici del programma, hanno lasciato i lidi di Radio Bla Bla per portare Cosmo Brain verso una... nuova dimensione!
La prima puntata di questa nuova avventura, per ora un podcast su Mixcloud, è una chiacchierata sui buchi neri, e in particolare su quello al centro della galassia M87, insieme con Filippo Bonaventura. Ovviamente il riferimento alla "nuova dimensione" non è casuale, visto che in molti romanzi di fantascienza un buco nero è una porta verso un universo parallelo o per l'accesso a una qualche sorta di tunnel spaziotemporale che permette di accorciare le distanze cosmiche.
Bando, però, alle ciance, vi lascio con la nuova puntata:

Cosa resta dentro un buco nero

Man or Astro-man? è un gruppo musicale di genere surf rock fondato all'inizio degli anni Novanta del XX secolo di evidente ispirazione spaziale. Se scorriamo i titoli di album, ep, singoli troviamo non pochi titoli spaziali o più in generale scientifici e sono incappato su questo gruppo statunitense per lo più strumentale cercando associazioni tra buchi neri e musica. E così sono incappato su What Remains Inside a Black Hole, una raccolta di pezzi dei Man or Astro-man? usciti su vari ep la cui copertina è un tipico embedding diagram con una curvatura molto pronunciata, utilizzata per la rappresentazione grafica dei buchi neri.
Un embedding diagram (che può essere reso come diagramma di incorporamento) è una rappresentazione matematica della curvatura dello spaziotempo indotta da una data massa utilizzata soprattutto a scopi didattici⁽¹⁾. Un diagramma di questo genere, però, è una rappresentazione riduttiva della realtà, poiché essa presenta una dimensione in meno: le linee della curvatura, infatti, sono rappresentate in uno spazio costituito dal piano $x-y$ e dall'asse del tempo $t$.