Buco nero supermassiccio

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May 19, 2022

Un buco nero supermassiccio (SMBH o talvolta SBH) è il tipo più grande di buco nero, con una massa dell'ordine di milioni o miliardi di volte la massa del Sole (M☉). I buchi neri sono una classe di oggetti astronomici che hanno subito un collasso gravitazionale, lasciando dietro di sé regioni sferoidali dello spazio da cui nulla può sfuggire, nemmeno la luce. Le prove osservative indicano che quasi ogni grande galassia ha un buco nero supermassiccio al centro della galassia. La Via Lattea ha un buco nero supermassiccio nel suo Centro Galattico, che corrisponde alla posizione di Sagittarius A*. L'accrescimento di gas interstellare sui buchi neri supermassicci è il processo responsabile dell'alimentazione dei nuclei galattici attivi e dei quasar.

Descrizione

I buchi neri supermassicci sono classicamente definiti come buchi neri con una massa superiore a 0,1 milioni a 1 milione di M☉. Alcuni astronomi hanno iniziato a etichettare i buchi neri di almeno 10 miliardi di M☉ come buchi neri ultramassicci. La maggior parte di questi (come TON 618) sono associati a quasar eccezionalmente energetici. Quelli ancora più grandi sono stati soprannominati buchi neri stupendamente grandi (SLAB) con masse superiori a 100 miliardi di M☉. Sebbene abbiano notato che attualmente non ci sono prove che i buchi neri straordinariamente grandi siano reali, hanno notato che esistono buchi neri supermassicci quasi di quelle dimensioni. Alcuni studi hanno suggerito che la massa massima che un buco nero può raggiungere, pur essendo accretori luminosi, è dell'ordine di ~50 miliardi di M☉. I buchi neri supermassicci hanno proprietà fisiche che li distinguono chiaramente dalle classificazioni di massa inferiore. Innanzitutto, le forze di marea in prossimità dell'orizzonte degli eventi sono significativamente più deboli per i buchi neri supermassicci. La forza di marea su un corpo all'orizzonte degli eventi di un buco nero è inversamente proporzionale al quadrato della massa del buco nero: una persona all'orizzonte degli eventi di un buco nero di 10 milioni di M☉ sperimenta circa la stessa forza di marea tra la testa e i piedi come una persona sulla superficie della terra. A differenza dei buchi neri di massa stellare, non si sperimenterebbe una forza di marea significativa fino a quando non si è molto in profondità nel buco nero. Inoltre, è alquanto controintuitivo notare che la densità media di un SMBH all'interno del suo orizzonte degli eventi (definito come la massa del buco nero divisa per il volume di spazio all'interno del suo raggio di Schwarzschild) può essere inferiore alla densità dell'acqua. Questo perché il raggio di Schwarzschild è direttamente proporzionale alla sua massa. Poiché il volume di un oggetto sferico (come l'orizzonte degli eventi di un buco nero non rotante) è direttamente proporzionale al cubo del raggio, la densità di un buco nero è inversamente proporzionale al quadrato della massa, e quindi maggiore i buchi neri di massa hanno una densità media inferiore. Il raggio di Schwarzschild dell'orizzonte degli eventi di un buco nero supermassiccio (non rotante) di ~ 1 miliardo di M☉ è paragonabile al semiasse maggiore dell'orbita del pianeta Urano, che è 19 AU.

Storia della ricerca

La storia di come furono scoperti i buchi neri supermassicci iniziò con l'indagine di Maarten Schmidt sulla sorgente radio 3C 273 nel 1963. Inizialmente si pensava che fosse una stella, ma lo spettro si rivelò sconcertante. È stato determinato che si trattava di linee di emissione di idrogeno che erano state spostate verso il rosso, indicando che l'oggetto si stava allontanando dalla Terra. La legge di Hubble ha mostrato che l'oggetto si trovava a diversi miliardi di anni luce di distanza, e quindi doveva emettere l'energia equivalente a centinaia di galassie. La velocità delle variazioni di luce della sorgente soprannominata un oggetto quasi stellare, o quasar, suggeriva che la regione emittente avesse un diametro di un parsec o meno. Quattro di queste fonti erano state identificate nel 1964. Nel 1963, Fred Hoyle e W. A. Fowler proposero l'esistenza di stelle supermassicce (SMS) che bruciano idrogeno come spiegazione per le dimensioni compatte e l'elevata produzione di energia dei quasar. Questi avrebbero una massa di circa 105 – 109 M☉. Tuttavia, Richard Feynman ha notato che le stelle al di sopra di una certa massa critica sono dinamicamente instabili e...