SVELATI I MECCANISMI DI ACCELERAZIONE NEL PLASMA Caos magnetico: così brillano i buchi neri

Secondo nuovi studi la radiazione non termica che rischiara gli oggetti più densi del nostro universo, è alimentata dall’interazione tra il moto caotico del gas estremamente caldo di particelle cariche e la riconnessione di campi magnetici super potenti. Lo studio è stato realizzato dagli astrofisici italiani Luca Comisso e Lorenzo Sironi della statunitense Columbia University.

Dal punto di vista teorico si suppone da tempo che la radiazione ad alta energia che emana dalla regione che ospita stelle di neutroni e buchi neri sia generata da elettroni che si muovono quasi alla velocità della luce, ma il processo che accelera queste particelle non è ancora ben conosciuto.

Gli autori del nuovo studio, mediante simulazioni al supercalcolatore, hanno scoperto che il meccanismo alla base dell’accelerazione di queste particelle energetiche deriva dall’effetto combinato tra la turbolenza del plasma in cui si trovano gli elettroni e un fenomeno fisico conosciuto come riconnessione magnetica ossia un processo che avviene in plasma fortemente ionizzati, in cui le linee di campo magnetico si strappano e si riallacciano rapidamente, infliggendo potenti “colpi di frusta” alle particelle, che ne risultano accelerate a velocità relativistiche.

Una risposta semplice di questo tipo nasconde in realtà una grande complessità. Nello studio dei gas turbolenti gli scienziati non riescono a prevedere con precisione gli esiti del movimento caotico. La “matematica della turbolenza” è particolarmente ostica e costituisce, uno dei 7 problemi matematici del millenni, per la cui soluzione è stato anche messo in palio un cospicuo premio.

Per affrontare questa sfida da un punto di vista astrofisico, Comisso e Sironi hanno progettato estese simulazioni – tra le più grandi al mondo mai realizzate in questa area di ricerca – per risolvere le equazioni che descrivono la turbolenza in un gas di particelle cariche.

Il punto cruciale dello studio, secondo gli autori, era identificare il ruolo della riconnessione magnetica all’interno dell’ambiente turbolento. Le simulazioni hanno mostrato che la riconnessione rappresenta il meccanismo chiave per selezionare le particelle che saranno successivamente accelerate dai campi magnetici turbolenti.

Inoltre, i calcoli hanno anche rivelato che le particelle hanno guadagnato la maggior parte della loro energia rimbalzando casualmente a una velocità estremamente elevata. Quando il campo magnetico è forte, questo meccanismo di accelerazione diviene molto rapido. Ma i campi forti costringono anche le particelle a viaggiare in un percorso curvo e, così facendo, emettono radiazioni elettromagnetiche.

L’obiettivo finale dei due ricercatori è quello di scoprire cosa accade realmente nell’ambiente estremo che circonda i buchi neri e le stelle di neutroni.

Fonte: INAF