Relatività Generale

Che aspetto ha un buco nero da vicino?

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Come sarebbe un buco nero se ci fossi vicino?

Ci sono diversi modi per rispondere a questa domanda. Un modo è: niente. È nero, quindi non assomiglierà a niente.

Questo potrebbe essere insoddisfacente.



Un altro modo è: non importa, perché in pochi millisecondi sarai comunque morto.

È un po' oscuro e, sebbene vero, anche insoddisfacente.

Se sei uno scienziato, però, la risposta è più complicata. Non dobbiamo avvicinarci a un buco nero per capire che aspetto ha, quindi non è necessario sfidare la nostra stessa fine. E se supponiamo che il buco nero stia attivamente mangiando, diciamo, una grande nuvola di gas, allora possiamo capire come appare.

Hai bisogno di un sacco di matematica e fisica, inclusa la fisica relativistica, la fisica del trasferimento radiativo (fondamentalmente, come brillano le cose) e un buon computer per eseguire i calcoli feroci, ma quello che ottieni è qualcosa di così bello che rende il cervello-e- ne vale la pena.

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Perché sembra così:

Un punto: molte persone si confondono sul vedere qualunque luce da un buco nero. La luce non può sfuggire a un buco nero se si avvicina troppo, all'interno dell'orizzonte degli eventi (o della sfera di fotoni, a seconda delle circostanze). Ma al di fuori di quella distanza la luce è libera di allontanarsi... ma non senza pagare un prezzo. Scopriamo qual è questo pedaggio.

Una versione annotata di una simulazione di un buco nero spiega le varie parti di questo bizzarro oggetto. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy SchnittmanIngrandire

Una versione annotata di una simulazione di un buco nero spiega le varie parti di questo bizzarro oggetto. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy Schnittman

Tornando alla simulazione, e ancora in movimento verso l'esterno, appena fuori da quella sfera di fotoni c'è uno stretto anello di luce, chiamato anello di fotoni. Questa è la luce del disco di accrescimento, dove rimangono i fotoni che si sono diretti verso il buco nero appena fuori dal limite della sfera di fotoni, quindi orbitano attorno al buco nero alcune volte prima di tornare fuori. C'è un vuoto attorno ad esso perché i fotoni che rimangono ben al di fuori della sfera fotonica continuano a funzionare: il loro percorso è gravemente piegato dalla gravità del buco nero, ma non abbastanza per dirigersi verso di noi. Quindi non vediamo luce da quella regione.

Al di fuori della sfera fotonica vediamo la luce proveniente dal disco di accrescimento stesso... ma è un casino. Ricorda, è un disco piatto attorno al buco nero, come gli anelli di Saturno. Ma vediamo il disco dalla luce che emette, e questo è un buon inferno giocato su di esso dal buco nero.

Il percorso della luce attorno a un buco nero viene gravemente distorto dalla gravità. In questo diagramma, la Terra è a destra e la luce proveniente dal materiale dietro il buco nero viene piegata verso di noi, lasciando un buco dove si trova il buco nero stesso.Ingrandire

Il percorso della luce attorno a un buco nero viene gravemente distorto dalla gravità. In questo diagramma, la Terra è a destra e la luce proveniente dal materiale dietro il buco nero viene piegata verso di noi, lasciando un buco dove si trova il buco nero stesso. Credito: Nicolle R. Fuller/NSF

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Di fronte al buco nero il disco sembra relativamente (ah!) normale. Quella luce va dal disco a noi, direttamente dal pozzo gravitazionale del buco nero, quindi non è così distorta. Se lo segui verso destra, però, improvvisamente si piega verso l'alto, formando un arco sopra il buco nero. Questo è il retro del disco! Normalmente non lo vedresti, dato che è dietro il buco nero. Ma parte della luce da quella parte del disco va intorno a e terminato il buco nero, piegato dalla feroce gravità in una direzione verso di noi, permettendoci di vederlo.

Quella luce nell'arco sopra il buco nero proviene dalla parte superiore del disco di accrescimento. Luce dal parte inferiore gira anche intorno al buco nero, ma è piegato attorno al fondo del buco nero, quindi vediamo anche quella parte del disco sotto il buco nero. Sembra un cerchio più piccolo di quello superiore, ma questa dimensione e geometria dipendono dall'angolo da cui si guarda. La forma di questi due archi dipende dall'angolo di visione, perché il modo in cui la luce viene piegata attorno al buco nero cambia il modo in cui la vediamo mentre ci muoviamo verso l'alto o verso il basso rispetto al disco stesso. Puoi vedere ciò che accade nel video mentre l'angolo di visualizzazione cambia.

C'è un'altra cosa da notare. In questa simulazione, il gas nel disco di accrescimento orbita intorno al buco nero da sinistra a destra. È importante! Riesci a vedere come il disco a sinistra sembra più luminoso di quello a destra? Questo è un effetto reale, chiamato raggio relativistico. Ne ho già scritto :

C'è un effetto chiamato raggi relativistici , causato dal movimento incredibilmente rapido del materiale mentre orbita appena fuori dal buco nero. Se tieni una lampadina davanti a te, la luce si espande in una sfera, in tutte le direzioni, ma se quella lampadina si muove vicino alla velocità della luce, la luce che vediamo emessa da essa sembra essere raggiata, come una torcia , puntato nella direzione in cui si sta muovendo. Questo bizzarro effetto significa che un oggetto diretto verso di te a una velocità prossima a quella della luce appare più luminoso, perché più della sua luce è focalizzata verso di te, e qualcosa che si allontana appare più scuro, perché la sua luce è focalizzata lontano da te.

Il gas a sinistra è diretto verso di te, quindi parte della sua luce che altrimenti ti mancherebbe viene irradiata verso di te, facendolo sembrare più luminoso. Il gas a sinistra si sta allontanando da te, quindi la sua luce viene irradiata ancora più lontano da te, attenuandola.

Se tutto questo suona familiare, potrebbe essere perché stai pensando a la primissima immagine di una sfera di fotoni di un buco nero — in questo caso, quello al centro della galassia M 87, distante 55 milioni di anni luce, ripreso dall'Event Horizon Telescope, una schiera di radiotelescopi in tutto il pianeta.

La primissima immagine delIngrandire

La primissima immagine dell''ombra' di un buco nero supermassiccio. Questo mostra la regione attorno a un buco nero con una massa 6,5 ​​miliardi di volte quella del Sole, situato a 55 milioni di anni luce dalla Terra nel nucleo della galassia M87. Credito: NSF

Fuzzy, ma mostra le stesse caratteristiche! Resta sintonizzato anche tu, perché presto vedremo immagini sempre più nitide di questi oggetti.

Quindi penso che a questo punto sia giusto prendersi un momento e pensare, i buchi neri sono strani.

Ma ehi, questa è la natura. L'Universo non ha alcun obbligo di obbedire al nostro buon senso, per quanto insolito e insensato possa essere. Ma quando ti prendi il tempo per guardare davvero l'Universo, osservarlo, trovare gli schemi, la matematica dietro quegli schemi e la fisica che la matematica implica - quella matematica richieste - allora anche le cose più strane dell'Universo diventano comprensibili.

È un bel pensiero da avere, forse anche confortante, negli ultimi millisecondi prima di lasciare l'Universo per sempre. Buon viaggio giù!



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