5 minuti di letturaMondi (im)possibili: i bianeti attorno ai buchi neri supermassicci

No, non ho sbagliato nel titolo: ho proprio scritto bianeti con la b, o se volete blanets, all’inglese. Questo è il nome che gli astrofisici hanno dato ai potenziali mondi che si potrebbero formare attorno ai buchi neri supermassicci.

Cosa? Pianeti attorno a buchi neri supermassicci. Calma, è solo un’ipotesi: ma come sempre, ora vi racconto tutto con calma.

Che cos’è un buco nero supermassiccio?

I buchi neri, in generale, sono oggetti cosmici composti da una massa molto ma molto grande confinata in una regione di spazio molto ma molto piccola: praticamente un oggetto con densità elevatissima.

I buchi neri possono formarsi a seguito dell’esplosione di stelle molto massive, in eventi detti supernovae: questi buchi neri hanno masse che vanno da qualche volta la massa del Sole a decine di volte la massa del Sole. Abbiamo conferme dell’esistenza di questi buchi neri grazie a molte evidenze: per esempio le onde gravitazionali e il lensing gravitazionale.

Poi ci sono anche buchi neri che hanno una massa pari a milioni o miliardi di volte la massa del Sole: questi sono i buchi neri supermassicci. Si pensa si trovino soprattutto al centro delle galassie. Per esempio tutte le evidenze puntano diritte al fatto che dovrebbe essercene uno al centro della Via Lattea, per non parlare della prima immagine delle regioni centrali della galassia M87, immagine che sembra confermare completamente l’esistenza di questi mostri cosmici. Ciò che ancora non sappiamo è come si formino questi buchi neri supermassicci e perché siano al centro delle galassie. Molto probabilmente la risposta è collegata al meccanismo di formazione delle galassie, argomento di cui al giorno d’oggi sappiamo ben poco (sappiamo che, per le teorie attuali, c’entra la materia oscura, per esempio e inoltre a quanto pare la massa del buco nero supermassiccio sembra dipendere dalla massa della galassia che lo ospita al centro).

I buchi neri supermassicci e i nuclei galattici attivi

Dicevo, appunto, che i buchi neri supermassicci si trovano nelle regioni centrali delle galassie. Il buco nero al centro della Via Lattea ha una massa di alcuni milioni di volte la massa del Sole ed è un buco nero abbastanza tranquillo. Non si può dire lo stesso per altri buchi neri supermassicci al centro di altre galassie: per correttezza, si parla infatti di galassie con nuclei galattici attivi.

I nuclei galattici attivi sono quindi quelle regioni centrali di una galassie dove il buco nero supermassiccio è protagonista e attiva, appunto, tutta una serie di meccanismi fisici. Meccanismi che poi noi dalla Terra riusciamo a misurare anche se lontanissimi: e come facciamo? Studiamo la luce emessa da questi meccanismi.

Gli studenti di astrofisica adorano questa immagine qui sopra.

In sostanza, attorno al buco nero supermassiccio si forma un disco di accrescimento, cioè un disco di materiale che orbita attorno al buco nero. Il materiale nel disco si scalda per attrito con se stesso ed emette radiazione. Poi, per qualche motivo ancora poco chiaro ma che con ogni probabilità coinvolge il campo magnetico che c’è da quelle parti, le particelle cariche che ci sono intorno al disco di accrescimento sono espulse dal disco come due getti a velocità molto elevate (e accelerando, queste particelle emettono luce a loro volta). Questo, in breve, è il delirio che accade nei pressi di un nucleo galattico attivo.

Ci può essere un mondo attorno a un nucleo galattico attivo?

Noi siamo abituati a cercare di ripetere schemi che conosciamo già. Cerchiamo nell’universo pianeti simili alla Terra perché speriamo di trovare, in fondo, forme di vita simili a quelle che conosciamo. Ma non è detto che debba essere per forza così. La storia della ricerca degli esopianeti ci ha messo di fronte a più di 4000 nuovi mondi scoperti e forse solo una manciata potrebbero essere simili alla Terra. Quindi chiedersi se esistono pianeti attorno a buchi neri supermassicci non è poi un’idea così bislacca.

Già in passato, su questo blog, vi avevo parlato dell’idea di avere pianeti attorno a buchi neri, diciamo così, semplici. Ma se volessimo citare un esempio più illustre, basta pensare, scusate lo spoiler, al film Interstellar di Christopher Nolan. Ora alcuni astrofisici giapponesi, Wada, Tsukamoto e Kokubo, hanno fatto i conti in un articolo scientifico.

Stare attorno a un buco nero è come stare attorno a una stella? Sì, ma non esattamente, mi verrebbe da dire.

Beh, ci sono delle differenze ovvie: il buco nero non emette luce, una stella sì. Ma se guardiamo dal punto di vista della formazione planetaria, allora qualche somiglianza c’è. Nel caso di un disco planetario abbiamo a che fare con pezzi di roccia che pian piano si ammassano e formano pianeti; nel caso del buco nero abbiamo qualcosa di simile, anche se di consistenza diversa, con un bel po’ di materiale nel disco di accrescimento.

In un disco planetario esiste una distanza chiamata linea della neve, in cui una sostanza (per esempio l’acqua) oltre quella regione passa da gas a solida direttamente: per esempio la Terra si è formata prima della linea della neve, Giove oltre la linea della neve.

In un disco di accrescimento si può definire una regione simile ma ci sono delle differenze: le dimensioni in gioco, per esempio, sono enormi, perché un disco di accrescimento può estendersi anche per qualche anno luce. Questo vuol dire che il materiale a disposizione per formare eventuali pianeti è tantissimo. A proposito, non è che sono veri e propri pianeti così come li conosciamo: si trovano attorno a un buco nero e immersi in un disco di accrescimento. Usiamo un altro nome: bianeti.

Questo è uno schema che mostra dome si potrebbe trovare un bianeta attorno. un buco nero supermassiccio (SMBH). Oltre la linea della neve (r_snow) le particelle potrebbero formare agglomerati (tratto da: https://arxiv.org/pdf/1909.06748.pdf)

Come dicevo, Wada, Tsukamoto e Kokubo hanno fatto i conti: hanno preso i tipici parametri di un disco di accrescimento (compreso ovviamente di buco nero supermassiccio) e hanno stimato quanto tempo ci metterebbero le particelle per formare un agglomerato oltre la linea della neve del disco. Risultato: tra 600 milioni di anni e 2 miliardi di anni. Se vi sembra tanto, beh vi sbagliate: l’universo ha un’età stimata di circa 14 miliardi di anni: quindi il tempo necessario per formare i bianeti è tutto sommato compatibile con l’esistenza dell’universo.

I bianeti potrebbero già essersi formati da tempo attorno ai buchi neri supermassicci che conosciamo!

Si possono osservare i bianeti?

Qui siamo alle note dolenti. Non è facilissimo osservare questi bianeti, qualora esistessero per davvero. Partiamo dalle normali tecniche usate per trovare gli esopianeti: di solito si guarda se c’è un calo di luce di una stella quando un pianeta le passa davanti. Nel caso dei nuclei galattici attivi si potrebbe fare, certo, ma non si potrebbe usare la luce visibile o gli infrarossi: bisogna fare tutto nei raggi-X, perché questi sono principalmente emessi in un disco di accrescimento. Quindi magari se un bianeta si muove in un disco di accrescimento così potremmo beccarlo – ma non è una cosa facile, anche perché di solito i nuclei galattici attivi sono intrinsecamente variabili in luminosità per altri motivi fisici.

Il punto, secondo me, è che siamo nel campo della scienza e non della fantascienza. Uno scenario che fino a poco tempo fa poteva essere pensato esclusivamente dalla science fiction non solo è stato ipotizzato, il che sarebbe normale, ma soprattutto è stato ipotizzato con calcoli basati su ciò che già sappiamo e con qualche idea su come potremmo far seguire le osservazioni ai calcoli teorici.

L’universo è strano eh, ma forse non abbiamo ancora esplorato per bene tutta la sua stranezza.

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