Come vengono trovati i buchi neri?

I buchi neri hanno così tanta gravità che nemmeno la luce può sfuggire da loro . Se non riusciamo a vederli e assorbiamo tutte le radiazioni elettromagnetiche, allora come possiamo trovarli?

Da aggiungere alla risposta di John Conde. Secondo la pagina web della NASA "Black Holes" , il rilevamento di buchi neri non può ovviamente essere eseguito rilevando qualsiasi forma di radiazione elettromagnetica proveniente direttamente da esso (quindi, non può essere "vista").

Il buco nero viene dedotto osservando l'interazione con la materia circostante, dalla pagina web:

Tuttavia, possiamo dedurre la presenza di buchi neri e studiarli rilevandone l'effetto su altra materia nelle vicinanze.

Ciò include anche il rilevamento della radiazione a raggi X che si irradia dalla materia che accelera verso il buco nero. Anche se questo sembra contraddittorio con il mio primo paragrafo, va notato che questo non è direttamente dal buco nero, ma piuttosto dall'interazione con la materia che accelera verso di esso.

Ci sono molti, molti modi per farlo.

Lente gravitazionale

Questo è di gran lunga il più noto. È stato menzionato dagli altri, ma lo toccherò.

La luce proveniente da corpi distanti può essere piegata dalla gravità, creando un effetto simile a una lente. Ciò può portare a immagini multiple o distorte dell'oggetto (Immagini multiple danno origine a anelli e croci di Einstein ).

Quindi, se osserviamo un effetto di lente in una regione in cui non c'è nessun corpo massiccio visibile, probabilmente c'è un buco nero lì. L'alternativa è che stiamo scrutando attraverso la 'alone' di materia oscura che circonda (e si estende oltre) i componenti luminosi di ogni ammasso di galassie e galassie ( Vedi: Bullet Cluster ). Su scale abbastanza piccole (cioè le regioni centrali delle galassie), questo non è davvero un problema.

(Questa è l'impressione di un artista di una galassia che passa dietro un BH)

Onde gravitazionali

I buchi neri rotanti e altri sistemi dinamici che coinvolgono i buchi neri emettono onde gravitazionali. Progetti come LIGO (e infine LISA ) sono in grado di rilevare queste onde. Un importante candidato di interesse per LIGO / VIRGO / LISA è l'eventuale collisione di un sistema binario di buco nero.

redshift

A volte abbiamo un buco nero in un sistema binario con una stella. In tal caso, la stella orbiterà attorno al baricentro comune.

Se osserviamo attentamente la stella, la sua luce sarà spostata verso il rosso quando si allontanerà da noi e sarà spostata verso il blu quando verrà verso di noi. La variazione del redshift suggerisce la rotazione e in assenza di un secondo corpo visibile, di solito possiamo concludere che c'è un buco nero o una stella di neutroni lì.

Proposte Salpeter-Zel'dovitch / Zel'dovitch-Novikov

Entrando in un po 'di storia qui, Salpeter e Zel'dovitch hanno proposto indipendentemente che possiamo identificare i buchi neri dalle onde d'urto nelle nuvole di gas. Se un buco nero attraversa una nuvola di gas, i gas nella nuvola saranno costretti ad accelerare. Questo emetterà radiazioni (i raggi X, per lo più), che possiamo misurare.

Un miglioramento su questo è la proposta di Zel'dovitch-Novikov, che esamina i buchi neri in un sistema binario con una stella. Parte dei venti solari della stella verranno risucchiati nel buco nero. Questa accelerazione anormale dei venti porterà, di nuovo, a onde d'urto a raggi X.

Questo metodo (più o meno) ha portato alla scoperta di Cyg X-1

Giroscopi cosmici

Cyg A ne è un esempio. I buchi neri che ruotano si comportano come giroscopi cosmici: non cambiano facilmente orientamento.

Nella seguente immagine radio di Cyg A, vediamo questi deboli getti di gas che emanano dal punto centrale:

Questi getti durano centinaia di migliaia di anni luce, eppure sono molto diritti. Discontinuo, ma dritto. Qualunque oggetto si trovi al centro, deve essere in grado di mantenere il suo orientamento per molto tempo.

Quell'oggetto è un buco nero che ruota.

Quasars

Si pensa che la maggior parte dei quasar sia alimentata da buchi neri. Molte (se non tutte) le spiegazioni dei candidati per il loro comportamento riguardano buchi neri con dischi di accrescimento, ad esempio il processo di Blandford-Znajek .

Un buco nero può anche essere rilevato da come piega la luce mentre vari corpi si muovono dietro di esso. Questo fenomeno si chiama lente gravitazionale ed è la previsione visivamente più sbalorditiva della teoria della relatività generale di Einstein.

Questa immagine ritrae la geometria dell'obiettivo gravitazionale. La luce proveniente da oggetti di sfondo luminoso viene piegata a causa della deformazione dello spazio-tempo in presenza di massa (qui, il punto rosso potrebbe essere il buco nero in questione):

Gli astronomi hanno scoperto l'esistenza di un enorme buco nero al centro della nostra personale Via Lattea, ed è stato soprannominato Sagittario A * .

Per un periodo di dieci anni, le traiettorie di un piccolo gruppo di stelle sono state rintracciate e l'unica spiegazione per il loro rapido movimento è l'esistenza di un oggetto altamente compatto con una massa di circa 4 milioni di soli. Date le scale di massa e distanza coinvolte, la conclusione è che deve essere un buco nero.

Un modo è seguire i lampi di raggi gamma . Quando un buco nero si nutre di gas circostante o ingoia una stella troppo vicina, spesso emettono lampi di raggi gamma molto energici e facili da individuare (anche se non durano a lungo).

Nel caso di buchi neri super massicci , sembrano essere al centro di ogni media e grande galassia. Rende dove guardare piuttosto facile.

Tutte e 4 le risposte fornite prima di questa sono molto buone e si completano a vicenda; la ricerca di un oggetto in orbita attorno all'oggetto target consente di calcolare anche la massa dell'oggetto target.

La materia che cade in un buco nero viene accelerata verso la velocità della luce. Man mano che viene accelerato, la materia si scompone in particelle subatomiche e radiazioni dure, cioè raggi X e raggi gamma. Un buco nero in sé non è visibile, ma è visibile la luce (principalmente raggi X, raggi gamma) proveniente dalla materia in caduta che viene accelerata e suddivisa in particelle.

Guardando verso il centro della nostra galassia, il telescopio spaziale a raggi X Chandra ha osservato diversi buchi neri oltre a Sgr A *, indirettamente, catturando la radiazione dura della materia in fiamme che si infiamma mentre inghiottono qualcosa; successivamente, i buchi neri si oscurano di nuovo se non c'è altro da assimilare nelle vicinanze;

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

Qui puoi vedere alcune di queste fiammate nello sciame di buchi neri vicino al centro della nostra galassia.

Metodi per rilevare i buchi neri (che non sono realmente buchi o singolarità, in quanto hanno massa, raggio, rotazione, carica e quindi densità, che varia con il raggio, vedi http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ).

• per rilevare passivamente un buco nero (stellare o supermassiccio), cercare / attendere i brillanti bagliori di radiazioni, che si verificano sporadicamente, quindi seguire le osservazioni per vedere se hai catturato un grb (scoppio di raggi gamma) da un vero buco nero o solo un bianco stella nana o di neutroni che fa una nova periodica;

• per rilevare attivamente un buco nero alla ricerca dell'obiettivo gravitazionale, che è un effetto continuo, o stelle in orbita ad alta velocità attorno a un punto apparentemente vuoto nello spazio, come S2 a 5000 + km / sec, intorno a Sgr A *

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(star)

Ma non rimarrà nulla per vedere cosa l'ha causato; meglio avere alcune osservazioni di quel punto nel cielo prima che accada.