I buchi neri sono creature dell'oscurità.Si insinuano nell'Universo non emettendo luce propria, al di fuori di un debole alone di radiazione di Hawking che è quasi invisibile per i buchi neri conosciuti.Quindi è una delle grandi ironie dell'astronomia che, più e più volte, i buchi neri siano stati trovati in agguato nei luoghi più luminosi del cosmo.Questa associazione tra buchi neri e luce nasce perché le incredibili forze gravitazionali esercitate da un buco possono impartire energia al materiale vicino, facendolo irradiare.Un esempio di questo processo si verifica nei getti di buchi neri, dove la rotazione del buco nero e i campi magnetici si combinano per creare un flusso di particelle di plasma che emettono luce su un'ampia gamma di lunghezze d'onda.Una nuova serie di simulazioni, eseguita da Kyle Parfrey del Lawrence Berkeley National Laboratory, California, e colleghi, offre uno sguardo approfondito ai getti di buchi neri [1], tracciando, per la prima volta, il movimento delle particelle di plasma che sono prodotto attraverso la creazione di coppie in prossimità del buco nero.I risultati mostrano che un gran numero di queste particelle sottrae energia alla rotazione del buco nero.Questo tipo di simulazioni può svolgere un ruolo chiave nella decodifica dei segnali dei buchi neri nel lontano Universo e nella nostra stessa Via Lattea.Per costruire un getto di buchi neri, la natura ha una formula collaudata.Inizia con un buco nero che ruota così velocemente che il suo orizzonte degli eventi, la superficie che separa l'interno del buco nero dall'esterno, corre a una frazione apprezzabile della velocità della luce.Ora infila il buco nero rotante con un campo magnetico.I calcoli mostrano che la rotazione del buco nero, insieme all'effetto della caduta del gas, farà sì che le linee del campo magnetico si avvolgano in enormi eliche che si estendono a spirale lungo l'asse di rotazione del buco nero (Fig. 1).In questo processo, l'energia di rotazione del buco nero viene lentamente trasferita al campo magnetico.L'energia nel campo magnetico viene infine dissipata e convertita in radiazione ordinaria attraverso un processo a cascata che coinvolge la creazione di coppie e gli effetti di sincrotrone.Si ritiene che getti di buchi neri come questo alimino alcune delle più luminose sorgenti di raggi X e di emissione radio nel cielo [2].Negli ultimi dieci anni, ci sono stati molti sforzi per comprendere i getti di buchi neri utilizzando simulazioni numeriche.Le attuali simulazioni all'avanguardia utilizzano la teoria della magnetoidrodinamica relativistica generale (GRMHD), che descrive il moto di un fluido magnetizzato nello spaziotempo curvo [3].Queste simulazioni sono molto valide per descrivere il trasferimento di energia dal buco nero rotante al campo magnetico.Tuttavia, trattano il plasma come un fluido continuo e impostano la densità “a mano” con un valore un po' ad hoc.Nei veri getti astrofisici, il plasma è così rarefatto che l'approssimazione del fluido non è realmente valida e la sua densità si adatta costantemente alle interazioni locali tra le particelle di plasma e il campo magnetico.A causa dei loro limiti, le simulazioni GRMHD non sono in grado di modellare la conversione dell'energia del campo magnetico in radiazione ordinaria e devono ancora risolvere le domande persistenti sulla forza complessiva dei getti.Per affrontare questi problemi, Parfrey et al.hanno introdotto un nuovo tipo di simulazione del getto di buchi neri.Nel loro lavoro, il plasma è descritto correttamente come un insieme di singole particelle, piuttosto che come un fluido liscio e continuo.La densità del plasma non è ancora basata su un modello dei primi principi delle interazioni tra le particelle e il campo magnetico, ma Parfrey et al.utilizzare una prescrizione motivata fisicamente per impostare la densità del plasma, basata sulla creazione di una coppia elettrone-positrone nel campo elettrico indotto dalla dinamica del campo magnetico attorno al buco nero.Come le simulazioni GRMHD, le nuove simulazioni richiedono molta potenza di calcolo per osservare variazioni spaziali su piccola scala nel jet.In quanto tale, il Parfrey et al.l'articolo presenta solo due prove ad alta risoluzione, entrambe descrivono buchi neri che ruotano a circa il 96% della velocità della luce.In una corsa, la soglia per la creazione di coppie è impostata su un valore basso, portando a un plasma ad alta densità.Nell'altro ciclo, la soglia è più alta e il plasma risultante è meno denso.I risultati finali in entrambi i casi sono brevi filmati, ciascuno della durata sufficiente per consentire al buco nero di girare una dozzina di volte.Nonostante la brevità delle simulazioni, i getti sembrano rilassarsi fino a raggiungere uno stato quasi stazionario verso la metà delle corse.I risultati delle nuove simulazioni non sono radicalmente diversi da quelli delle vecchie simulazioni GRMHD, il che è, in un certo senso, rassicurante.Tuttavia, Parfrey et al.scoprire alcuni comportamenti interessanti e nuovi.Ad esempio, trovano una vasta popolazione di particelle le cui energie relativistiche sono negative, misurate da un osservatore lontano dal buco nero.Quando queste particelle cadono nel buco nero, l'energia totale del buco nero diminuisce (vedi Focus Story del 26 giugno 2015).La possibilità di creare particelle di energia negativa vicino a un buco nero rotante è stata prevista molto tempo fa da Roger Penrose [4].Ciò che sorprende è che le nuove simulazioni mostrano un flusso consistente di queste particelle nel buco nero, tanto che l'energia che estraggono cadendo nel buco è paragonabile all'energia estratta dall'avvolgimento del campo magnetico.È necessario un lavoro di follow-up per confermare questa previsione, ma se l'effetto delle particelle di energia negativa è forte come affermato, potrebbe alterare le aspettative per gli spettri di radiazione dei getti di buchi neri.Gli anni a venire sono pieni di promesse.I rivelatori di onde gravitazionali hanno iniziato a captare le increspature nello spaziotempo lasciate dalle fusioni di buchi neri distanti [5].Sebbene non siano ancora stati visti, i buchi neri dovrebbero anche emettere onde gravitazionali quando ingoiano una stella.Queste onde gravitazionali dovrebbero arrivare accompagnate dalla luce ordinaria.Modelli Jet come quelli sviluppati da Parfrey et al.giocherà un ruolo chiave nell'interpretazione di queste osservazioni.Più vicino a noi, l'Event Horizon Telescope (EHT) è pronto a fornire la più alta risoluzione mai vista sul buco nero in agguato al centro della nostra Galassia [6].Questo buco nero ha un getto modesto, quindi i dati EHT dovranno essere elaborati con l'aiuto di modelli di jet realistici.Come gli ambienti dei buchi neri, il futuro è luminoso per la ricerca sui buchi neri.Questa ricerca è pubblicata in Physical Review Letters.Robert Penna è ricercatore post-dottorato presso il Center for Theoretical Physics della Columbia University.Ha completato il suo dottorato di ricerca.presso l'Università di Harvard e ha un Master in Fisica e Matematica presso l'Università di Cambridge.In precedenza era un borsista post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology.Attualmente studia il ruolo delle simmetrie e delle leggi di conservazione nella relatività generale e nella fluidodinamica.Kyle Parfrey, Alexander Philippov e Benoît CeruttiGli sviluppi dell'informatica potrebbero consentire agli astrofisici di invertire la distribuzione cosmica della materia da oggi a qualsiasi punto della storia dell'Universo.Leggi di più "Una discrepanza tra le diverse misurazioni della costante di Hubble potrebbe essere rimossa dall'esistenza di una forma esotica di materia oscura.Leggi di più "Gli scienziati hanno ripreso direttamente il Sagittario A*, il buco nero al centro della nostra Galassia.Leggi di più "Kyle Parfrey, Alexander Philippov e Benoît CeruttiI ricercatori hanno scoperto un composto metano-idrogeno contenente più del 50% di idrogeno, una scoperta che potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio le dinamiche interne dei pianeti, inclusa la Terra.Un dispositivo appena dimostrato potrebbe portare alla creazione di coppie di fononi aggrovigliati.Uno schema teorizzato utilizza i laser per produrre quasicristalli spazio-temporali in un plasma: fluttuazioni di densità che potrebbero essere utilizzate come reticoli di diffrazione per impulsi laser ad alta intensità.Iscriviti per ricevere avvisi e-mail settimanali da Physics.L'uso dei siti Web e dei giornali dell'American Physical Society implica che l'utente abbia letto e accetti i nostri Termini e condizioni e qualsiasi Accordo di abbonamento applicabile.