Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
autore:
Tiziana Di Matteo
affiliazione:
Department of Physics della Carnegie Mellon University,
Pittsburgh (PA), USA,
Volker Springel,
Max-Planck-Institute for Astrophysics,
Garching, Germany
L'immagine
Collisione tra galassie contenti un buco nero
La formazione di buchi neri appare intimamente legata alla formazione delle galassie che li ospitano. La massa totale delle stelle che compongono una galassia è infatti direttamente proporzionale alle dimensioni del buco nero che è localizzato nel suo centro. Una possibile spiegazione di questo rapporto è che il massiccio buco nero centrale che è rilevabile nella maggior parte delle galassie sia il risultato della fusione di buchi neri più piccoli.
I buchi neri non sono rilevabili con strumenti ottici (per definizione, un buco nero è infatti un punto alla cui attrazione anche la luce non è abbastanza veloce da sfuggire), ma per lo più solo attraverso gli effetti gravitazionali prodotti dalla loro massa. I buchi neri che risiedono al centro delle galassie più antiche e più vaste hanno una massa che corrisponde a quella di un miliardo di soli mentre occupano una regione non più estesa del Sistema solare.
In realtà una certa percentuale di buchi neri produce una particolare radizione X, ascrivibile al vortice di materia che viene risucchiata nel “buco”, ma in genere si tratta di formazioni più piccole e più giovani (solo recentemente, per i buchi neri massivi è stata rilevata, sempre sulle frequenze degli X, una debolissima emissione di energia luminosa).
La scarsa luminosità dei buchi neri contenuti nelle galassie più grandi potrebbe essere spiegata come effetto della diminuzione della loro attività di risucchio. La formazione delle galassie più grandi sarebbe infatti il risultato della collisione di galassie spiraliformi.
Durante la collisione, gran parte del gas presente nelle galassie converge violentemente verso il centro. Questo processo dà luogo alla formazione di un quasar (come vengono chiamate le violente e lontanissime sorgenti quasi-stellari di radiazione elettromagnetica sulle frequenze del radio che sono spesso associate a galassie lontane), con il successivo prodursi di un forte vento che espelle la maggior parte del gas. I quasar sono infatti fenomeni associati a un violento risucchio di materia (gas) da parte del buco nero. Dopo la collisione, le galassie si fonderebbero in una galassia ellittica e il quasar prodotto dalla fusione dei due buchi neri ne esaurirebbe il vortice, rendendo così quiescente e solo debolmente luminoso il grande buco nero ospitato nella galassia che rsulta dalla fusione.
Nell’immagine è visualizzata unicamente la distribuzione del gas interstellare. Il colore attribuito al gas indica la temperatura, mentre la luminosità è funzione della densità. Per comodità, l’immagine raccoglie l’evoluzione in un unico frame. L’intera animazione è scaricabile dalla home page,di Tiziana Di Matteo alla Carnegie Mellon University, che, assieme aVolker Springel del Max-Planck Institute forAstrophysics e Lars Hernquist alla Harvard University, ha realizzato gli studi e formulato l'ipotesi descritta dall'immagine che copre un arco di tempo di due miliardi di anni.
I buchi neri non sono rilevabili con strumenti ottici (per definizione, un buco nero è infatti un punto alla cui attrazione anche la luce non è abbastanza veloce da sfuggire), ma per lo più solo attraverso gli effetti gravitazionali prodotti dalla loro massa. I buchi neri che risiedono al centro delle galassie più antiche e più vaste hanno una massa che corrisponde a quella di un miliardo di soli mentre occupano una regione non più estesa del Sistema solare.
In realtà una certa percentuale di buchi neri produce una particolare radizione X, ascrivibile al vortice di materia che viene risucchiata nel “buco”, ma in genere si tratta di formazioni più piccole e più giovani (solo recentemente, per i buchi neri massivi è stata rilevata, sempre sulle frequenze degli X, una debolissima emissione di energia luminosa).
La scarsa luminosità dei buchi neri contenuti nelle galassie più grandi potrebbe essere spiegata come effetto della diminuzione della loro attività di risucchio. La formazione delle galassie più grandi sarebbe infatti il risultato della collisione di galassie spiraliformi.
Durante la collisione, gran parte del gas presente nelle galassie converge violentemente verso il centro. Questo processo dà luogo alla formazione di un quasar (come vengono chiamate le violente e lontanissime sorgenti quasi-stellari di radiazione elettromagnetica sulle frequenze del radio che sono spesso associate a galassie lontane), con il successivo prodursi di un forte vento che espelle la maggior parte del gas. I quasar sono infatti fenomeni associati a un violento risucchio di materia (gas) da parte del buco nero. Dopo la collisione, le galassie si fonderebbero in una galassia ellittica e il quasar prodotto dalla fusione dei due buchi neri ne esaurirebbe il vortice, rendendo così quiescente e solo debolmente luminoso il grande buco nero ospitato nella galassia che rsulta dalla fusione.
Nell’immagine è visualizzata unicamente la distribuzione del gas interstellare. Il colore attribuito al gas indica la temperatura, mentre la luminosità è funzione della densità. Per comodità, l’immagine raccoglie l’evoluzione in un unico frame. L’intera animazione è scaricabile dalla home page,di Tiziana Di Matteo alla Carnegie Mellon University, che, assieme aVolker Springel del Max-Planck Institute forAstrophysics e Lars Hernquist alla Harvard University, ha realizzato gli studi e formulato l'ipotesi descritta dall'immagine che copre un arco di tempo di due miliardi di anni.
La tecnica
Simulazione di idrodinamica a particelle lisce (SPH)
L’immagine presenta i risultati di una simulazione realizzata con GADGET2, ultimaversione ancora non pubblicata del programma di simulazione GADGET (GAlaxies with Dark matter and Gas intEracT), programma di pubblico dominio scritto da Volker Springel al Max Planck Institute for Astrophisics e specificamente progettato per simulare processi che si svolgono su scala cosmologica.
GADGET calcola i rapporti tra le forze gravitazionali in gioco con un modello cosiddetto a n-body/SPH, dove SPH sta per Smoothed Particle Hydrodynamics. La SPH, sviluppata negli anni 80-90 per la simulazione di processi astrofisici e recentemente proposta anche per trattare problemi di termofluidodinamica, è una tecnica di simulazione che rende discreto il materiale continuo, considerandolo composto da particelle “lisce”, "smussate" (smoothed). Nella simulazione, le particelle si muovono, ognuna con la sua storia, lungo la loro traiettoria classica, ubbidendo però a vincoli di continuità e di equilibrio idrodinamico. L'interazione tra queste "particelle" è cioè modellata in modo che non ne risultino discontinuità, ma piuttosto un comportamento globalmente fluido. GADGET può essere usato sia per studiare sistemi isolati, sia per simulazioni che tengono conto delle deformazioni cosmologiche dello spazio-tempo. Rispetto alla prima versione del codice, le aggiunte fondamentali apportate in GADGET2 sono i modelli per i buchi neri e il feedback associato sia alla formazione stellare che all'accrescimento di materia sui buchi neri.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
