Quasar e buchi neri supermassicci: un supercomputer ne svela i misteri

Al centro delle galassie, come anche nella nostra Via Lattea, si trovano enormi buchi neri circondati da gas in rotazione. Alcuni brillano intensamente, grazie ad una fornitura continua di carburante, altri rimangono invece inattivi per milioni di anni, salvo poi risvegliarsi con un fortuito afflusso di gas.

Come, e perché, questo avvenga è sempre rimasto un mistero. Almeno finora.

Il prof. Daniel Anglés-Alcázar, dovente di fisica all'UConn, autore principale di una relazione pubblicata su The Astrophysical Journal , ha affrontato alcune delle domande che circondano queste enormi ed enigmatiche caratteristiche dell'universo utilizzando nuove simulazioni ad alta potenza.

"I buchi neri supermassicci giocano un ruolo chiave nell'evoluzione delle galassie e stiamo cercando di capire come crescono al centro di esse", ha affermato il prof. Anglés-Alcázar. "Questo è molto importante non solo perché i buchi neri sono oggetti molto interessanti di per sé, come fonte di onde gravitazionali (e non solo), ma anche perché dobbiamo capire come si comportano i buchi neri centrali se vogliamo capire come le galassie si evolvono".

Sappiamo infatti che la formazione di una galassia inizia con un alone di materia oscura che domina la massa ed il potenziale gravitazionale nell'area, iniziando così ad attirare gas dall'ambiente circostante. Altissime densità di gas creano poi le stelle, ma alcune di esse devono raggiungere il centro della galassia per alimentare il buco nero. Come arriva quindi tutto quel gas a destinazione? Per alcuni buchi neri, ciò ne comporta enormi quantità, l'equivalente di dieci volte la massa del sole (o più) fagocitata in un solo anno.

"Quando i buchi neri supermassicci crescono molto velocemente, li chiamiamo quasar" ha affermato il prof. Anglés-Alcazar, "Possono avere una massa fino ad un miliardo di volte la massa del nostro sole e possono eclissare qualsiasi altra cosa nella galassia. L'aspetto dei quasar dipende poi da quanto gas assorbono per unità di tempo. La domanda però è: com'è possibile convogliare così tanto gas al centro della galassia ed abbastanza vicino al buco nero da permettergli di assorbirlo e crescere costantemente?"

Le nuove simulazioni hanno quindi fornito informazioni chiave sulla natura di questi eventi, mostrando che le forti forze gravitazionali delle stelle possono distorcere e destabilizzare il gas su diverse scale e guidarne un afflusso sufficiente ad alimentare una quasar durante le attività di picco della galassia.

"Le nostre simulazioni incorporano molti dei processi fisici chiave, ad esempio l'idrodinamica del gas e come si evolve sotto l'influenza delle forze di pressione e gravità da parte di stelle massicce. Senza tralasciare potenti eventi cosmici, quali ad esempio le supernove che immettono molta energia nell'ambiente circostante. Tutto questo influenza l'evoluzione della galassia, quindi dobbiamo incorporare questi dettagli e processi fisici per catturare un'immagine il più accurata possibile".

Lo studio ha quindi richiesto una potenza di calcolo enorme, con centinaia di unità di elaborazione centrale (CPU) in esecuzione in parallelo che avrebbero potuto facilmente richiedere milioni di ore di lavoro.

"Questa è la prima volta che siamo stati in grado di creare una simulazione in grado di catturare l'intera gamma di dati in un unico modello, attraverso cui possiamo osservare come i gas fluiscano fino al centro dell'enorme galassia presa in esame" ha concluso il prof. Anglés-Alcazar.

Questo è solo l'inizio dell'esplorazione di tutti i diversi processi che spiegano come i buchi neri possano formarsi e crescere in diverse condizioni. Con l'uso dei computer quantistici potranno essere svelati i segreti dell'Universo come mai prima d'ora.