Nuovo studio: campi magnetici caotici e turbolenze spiegano radiazioni X dai buchi neri

RomeRicercatori dell'Università di Helsinki hanno finalmente svelato il mistero del motivo per cui i buchi neri emettono raggi X, una questione che ha intrigato gli scienziati dagli anni '70. Utilizzando simulazioni al computer, hanno scoperto che questi raggi X sono il risultato di interazioni tra campi magnetici e gas di plasma. I campi magnetici generano turbolenze nel plasma, riscaldandolo e causando così l'emissione di raggi X.

Gli scienziati hanno studiato dischi di materia che si formano attorno ai buchi neri. Quando una grande stella collassa in un buco nero, può avere una stella compagna nelle vicinanze. La materia della stella compagna si muove verso il buco nero e brilla intensamente sotto forma di raggi X, formando un disco di accrescimento. Gli studiosi credono che questi raggi X vengano prodotti da interazioni tra gas e campi magnetici, in modo simile ai processi osservati nei bagliori solari.

Scoperte Principali:

• I campi magnetici caotici generano turbolenze nel plasma attorno ai buchi neri.
• Le turbolenze riscaldano il plasma, portandolo a emettere raggi X.
• Gli effetti quantistici giocano un ruolo significativo in queste dinamiche del plasma.
• Il plasma può esistere in due stati di equilibrio influenzati dalle radiazioni esterne.

Le simulazioni hanno rivelato che la turbolenza è così intensa che gli effetti quantistici diventano rilevanti. Nel plasma di elettroni e positroni, i fotoni possono trasformarsi in elettroni e positroni e viceversa, un fenomeno significativo poiché queste particelle solitamente non appaiono insieme. Le elevate energie vicino ai buchi neri rendono questo processo possibile.

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Includere questi effetti quantistici nei modelli ha richiesto molto tempo, ma è stato cruciale. Questo lavoro ha permesso di comprendere chiaramente l'origine delle radiazioni X. Il plasma può essere trasparente e freddo o denso e caldo a seconda della radiazione esterna, spiegando così i vari stati di raggi X osservati nei dischi di accrescimento.

Lo studio ha importanti implicazioni. Studiando questi ambienti estremi, gli scienziati possono comprendere meglio gli eventi ad alta energia nello spazio. Questo potrebbe influenzare le future ricerche in astrofisica e contribuire alla creazione di modelli più accurati.

Il progetto ha ottenuto un finanziamento di 2,2 milioni di euro dal Consiglio Europeo della Ricerca per studiare l'interazione tra plasma e radiazioni. I risultati, pubblicati su Nature Communications, rappresentano un importante progresso nell'astrofisica computazionale del plasma.