La struttura dello spaziotempo può essere letteralmente trascinata e distorta dal movimento rotatorio di un buco nero supermassiccio, proprio come un mulinello si forma nell'acqua attorno a una trottola in rotazione. Questa predizione della relatività generale, formulata matematicamente oltre un secolo fa dai fisici Josef Lense e Hans Thirring, ha finalmente trovato la sua conferma osservativa più convincente grazie all'analisi di un evento cosmico violento: la distruzione mareale di una stella. La scoperta, frutto di una collaborazione internazionale guidata dai National Astronomical Observatories della Chinese Academy of Sciences con il contributo della Cardiff University, rappresenta un traguardo significativo nella comprensione delle proprietà dinamiche dei buchi neri e dei meccanismi di formazione dei getti relativistici.
Il fenomeno osservato prende il nome di precessione di Lense-Thirring, nota anche come frame-dragging, e si manifesta quando la rotazione di un oggetto massivo deforma lo spaziotempo circostante in modo tale da influenzare le traiettorie degli oggetti vicini. Albert Einstein aveva già intuito questo effetto nel 1913, ma la sua formalizzazione matematica completa arrivò solo nel 1918. Fino ad oggi, però, le evidenze osservative di questo fenomeno rimanevano sfuggenti e limitate a contesti molto specifici, come le misurazioni effettuate con satelliti artificiali in orbita terrestre.
L'evento studiato dai ricercatori, catalogato come AT2020afhd, appartiene alla categoria dei tidal disruption events (TDE), processi estremi in cui una stella che si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio viene letteralmente fatta a pezzi dalle forze di marea gravitazionali. I resti stellari formano un disco di accrescimento che ruota attorno al buco nero, mentre parte del materiale viene espulso sotto forma di getti collimati che viaggiano a velocità prossime a quella della luce. Questi getti emettono radiazione attraverso tutto lo spettro elettromagnetico, dai raggi X alle onde radio.
La chiave della scoperta è stata l'identificazione di pattern ripetitivi nelle emissioni in banda X e radio provenienti dall'evento. Utilizzando i dati del Neil Gehrels Swift Observatory per i raggi X e del Karl G. Jansky Very Large Array per le onde radio, il team ha documentato come il disco di accrescimento e il getto associato oscillassero insieme con un ciclo di 20 giorni. Questa oscillazione non poteva essere spiegata dai modelli standard di rilascio energetico del buco nero, portando i ricercatori a concludere che si trattasse proprio dell'effetto di trascinamento previsto dalla relatività generale.
Come ha spiegato Cosimo Inserra, Reader presso la School of Physics and Astronomy della Cardiff University e coautore dello studio pubblicato su Science Advances, questa osservazione offre una conferma eccezionale di predizioni teoriche formulate più di un secolo fa. "Stiamo assistendo a come un oggetto massivo in rotazione genera un campo gravitomagnetico che influenza il movimento di stelle e altri oggetti cosmici nelle vicinanze", ha dichiarato il ricercatore. L'analogia con i campi magnetici generati da oggetti carichi in rotazione aiuta a comprendere la natura fondamentale del fenomeno: così come la carica elettrica in movimento crea effetti magnetici, la massa in rotazione produce effetti gravitomagnetici.
A differenza dei precedenti TDE studiati, che mostravano segnali radio stabili, AT2020afhd ha presentato variazioni a breve termine nelle emissioni che non potevano essere attribuite ai processi standard di accrescimento. Questa peculiarità ha permesso ai ricercatori di isolare l'effetto di frame-dragging e ha fornito un nuovo metodo per sondare le proprietà dei buchi neri, in particolare la loro velocità di rotazione. La spettroscopia elettromagnetica ha inoltre consentito di analizzare la composizione, la struttura e il comportamento del materiale coinvolto, contribuendo a caratterizzare con precisione il fenomeno osservato.
Le implicazioni scientifiche di questa scoperta si estendono ben oltre la conferma di una predizione teorica. La capacità di rilevare e misurare la precessione di Lense-Thirring in eventi di distruzione mareale apre nuove prospettive per lo studio della fisica dell'accrescimento, dei meccanismi di lancio dei getti relativistici e delle proprietà intrinseche dei buchi neri supermassicci. In particolare, questo approccio potrebbe permettere di determinare con maggiore accuratezza lo spin dei buchi neri, un parametro fondamentale ma notoriamente difficile da misurare che influenza profondamente l'evoluzione delle galassie ospiti e la dinamica del materiale circostante.
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