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Fisica

Buco nero da record, nuova scoperta

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Un buco nero supermassiccio, con una massa 17mld di volte più grande del Sole. La diretta della NASA

rovato un buco nero supermassiccio in una galassia non lontana dalla nostra. La scoperta mostra che questi oggetti celesti sono forse più diffusi del previsto: è quanto afferma il gruppo internazionale di astronomi che ha firmato lo studio pubblicato su Nature. Il buco nero gigante ha una massa di 17 miliardi di volte quella del sole ed è situato al centro della galassia NGC 1600. La scoperta è ad opera dei ricercatori dell’Università della California a Berkeley nell’ambito del Progetto MASSIVE, grazie ai dati di due gioielli della tecnologia terrestre: l’Hubble Space Telescope della Nasa e il Gemini Telescope alle Hawaii.

 

NGC 1600 è una galassia ellittica nella costellazione di Eridano

Si individua 2 gradi a SSW della stella ν Eridani; si tratta di una galassia ellittica gigante, la cui luminosità ci appare debole solo a causa della grandissima distanza. È visibile con un telescopio da 150mm di apertura come una macchia ovaleggiante, estesa in senso nord-sud; strumenti più potenti consentono di individuare nei suoi dintorni numerose altre galassie minori, come NGC 1601 e NGC 1603. La distanza dalla Via Lattea è stimata sui 220 milioni di anni-luce.

 

La campagna osservativa MASSIVE, iniziata nel 2014, è stata promossa e sostenuta dalla National Science Foundation e ha lo scopo di ottenere stime di massa per stelle, materia oscura e buchi neri centrali appartenenti a 100 galassie massicce e vicine. Più precisamente, si occupa di galassie con più di 300 miliardi di masse solari, ed entro 350 milioni di anni luce di distanza dalla Terra.

Un buco nero supermassiccio (o supermassivo) è il più grande tipo di buco nero, con una massa milioni o miliardi di volte superiore a quella del Sole. Si ritiene che quasi tutte le galassie, inclusa la nostra Via Lattea, contengano un buco nero supermassiccio al loro centro.

buco nero

Il buco nero supergigante – ha commentato la studiosa Chung-Pei Ma, professoressa presso l’Università della California, nonché a capo della campagna osservativa MASSIVE- si trova in una zona scarsamente popolata, al centro di una galassia ellittica situata nei pressi di un piccolo gruppo di 20 galassie“. Il dubbio che assale la ricercatrice e il suo team è che fino ad ora buchi neri di questa dimensione sono stati trovati solo al centro di grandi galassie e in aree dell’Universo molto popolate.

buco nero

L’astronoma Chung-Pei Ma dell’Università di Berkeley

Quando due galassie si fondono – ha spiegato Ma – i loro buchi neri centrali si stabilizzano nel nucleo della nuova galassia e orbitano uno intorno all’altro. Stelle cadenti vicino al buco nero binario, a seconda della loro velocità e la traiettoria, possono effettivamente rubare moto dalla coppia vorticosa e raccogliere abbastanza velocità per sfuggire dal nucleo della galassia. Questa interazione gravitazionale fa sì che i buchi neri si muovano lentamente avvicinandosi, alla fine fondendosi per formare un buco nero ancora più grande. Il buco nero supermassiccio poi continua a crescere inghiottendo gas incanalato al nucleo da collisioni di galassie”.

buco neroUn aspetto interessante della scoperta è la precisione con cui conosciamo la stima di massa del buco nero di NGC 1600. Mentre quello scoperto nel 2011 all’interno della galassia NGC 4889, nell’ammasso della Chioma, aveva un limite superiore di 21 miliardi di masse solari e un limite inferiore di 3 miliardi di masse solari, la stima per NGC 1600 è molto più precisa, con un intervallo di masse possibili tra 15.5 e 18.5 miliardi di masse solari.

È interessante inoltre notare che le stelle in rotazione attorno al nucleo centrale di NGC 1600 si muovono come se il buco nero appartenesse a un sistema binario. I sistemi di questo tipo sono piuttosto comuni nelle galassie di grandi dimensioni, poiché si ritiene che le galassie crescano attraverso fusioni successive con altre galassie, ognuna delle quali ospita molto probabilmente un buco centrale. Questi buchi neri verrebbero quindi fusi all’interno del nucleo di una nuova e più grande galassia in seguito ad una reciproca danza orbitale, dando luogo a un buco nero più grande ed emettendo onde gravitazionali.

 

I buchi neri supermassicci hanno alcune interessanti proprietà che li distinguono dai loro simili di minori dimensioni:

La densità media (intesa come il rapporto tra massa del buco nero e volume racchiuso entro l’orizzonte degli eventi) di un buco nero supermassiccio può essere uguale (per buchi neri di 1,81×108 masse solari) o anche inferiore a quella dell’acqua (per buchi neri di massa maggiore di 1,81×108 masse solari).[5] Infatti, tenendo conto che il raggio di Schwarzschild di un buco nero aumenta linearmente con la massa e che il volume di un oggetto sferico, come l’orizzonte degli eventi di un buco nero non rotante, è proporzionale al cubo del suo raggio, la densità del buco nero è di conseguenza inversamente proporzionale al quadrato della sua massa; di conseguenza, la densità di un buco nero cala velocemente all’aumentare delle sue dimensioni, e quindi i buchi neri supermassicci hanno densità più basse di quelli più piccoli.

Le grandi forze di marea tipiche dei piccoli buchi neri sono molto deboli in prossimità dell’orizzonte degli eventi: poiché la singolarità gravitazionale è così lontana dall’orizzonte, un ipotetico astronauta che viaggiasse verso il centro del buco nero non sperimenterebbe forze di marea significative prima di arrivare molto all’interno del buco.

 

NASA – Behemoth Black Hole Found in an Unlikely Place

Astronomers have uncovered a near-record breaking supermassive black hole, weighing 17 billion suns, in an unlikely place: in the center of a galaxy in a sparsely populated area of the universe. The observations, made by NASA’s Hubble Space Telescope and the Gemini Telescope in Hawaii, may indicate that these monster objects may be more common than once thought.

Until now, the biggest supermassive black holes – those roughly 10 billion times the mass of our sun – have been found at the cores of very large galaxies in regions of the universe packed with other large galaxies. In fact, the current record holder tips the scale at 21 billion suns and resides in the crowded Coma galaxy cluster that consists of over 1,000 galaxies… continue

Si pensa che molte, se non tutte le galassie ospitino un buco nero supermassiccio nel loro centro. Le misure doppler della velocità della materia (sia stellare che gassosa) presente al centro delle galassie vicine hanno rivelato dei moti di rotazione molto veloci, possibili solo con una grande concentrazione di materia al centro. Al momento, l’unico oggetto conosciuto che può concentrare abbastanza materia in uno spazio così piccolo è un buco nero. Nelle galassie attive più lontane si sospetta che la larghezza delle linee spettrali sia correlata con la massa del buco nero centrale.

Una spettacolare evidenza riguardante la presenza di uno di questi buchi neri di massa estremamente grande al centro della nostra galassia è stata recentemente ottenuta seguendo direttamente l’orbita ellittica di una stella, dal cui periodo si può misurare la massa del presunto buco nero con precisione estrema.

Tali buchi neri supermassicci posti al centro di molte galassie sono sospettati di essere il “motore” di galassie attive come le galassie di Seyfert e i quasar.

Tali buchi neri possono tuttavia svolgere un ruolo rilevante nella dinamica dei sistemi galattici anche in molti altri casi, come mostra la recente scoperta di una correlazione tra la massa del buco nero centrale e la dispersione di velocità delle stelle nel bulge di numerose galassie a spirale.

 

 

 

Crediti :

Dire Giovani

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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1 Commento

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  1. Andrea Milanesi

    10 Aprile 2016 at 17:26

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Fisica

Teletrasportare i qubit è possibile grazie all’intelligenza artificiale

Uno studio coordinato dall’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr dimostra come sia possibile trasferire un bit quantistico (qubit) tra due posizioni, facendo in modo che scompaia da quella di partenza e ricompaia in quella di arrivo senza passare nel mezzo. Il risultato reso possibile grazie all’intelligenza artificiale ‘deep learning’. Lo studio pubblicato su “Nature Communications Physics”

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©Science Photo Library

“Abbiamo deciso di mettere alla prova l’intelligenza artificiale di tipo ‘deep learning’, che ha già molto fatto parlare di sé per aver battuto il campione del mondo al gioco di Go e per applicazioni più serie come il riconoscimento del cancro al seno, applicandola al campo dei computer quantistici”, racconta Enrico Prati dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) e coordinatore dello studio pubblicato su Nature Communications Physics.

Il deep learning si basa su reti neurali artificiali disposte in diversi strati, ciascuno dei quali calcola i valori per quello successivo affinché l’informazione venga elaborata in maniera sempre più completa. “Utilizzando questo metodo nella variante detta ‘per rinforzo’”, aggiunge Prati, “abbiamo assegnato all’intelligenza artificiale il compito di scoprire da sola come controllare l’unità fondamentale di informazione quantistica, conosciuta come bit quantistico o qubit, codificata mediante un singolo elettrone per trasferirlo tra due posizioni, facendo in modo che l’elettrone scompaia da quella di partenza e ricompaia in quella di arrivo senza passare nel mezzo”.

Il fenomeno è noto e si può ottenere se la posizione di partenza e di arrivo sono la prima e l’ultima di una catena dispari di siti identici in cui l’elettrone può trovarsi. Questo è un processo prettamente quantistico e una soluzione per far avvenire il trasferimento grazie al controllo opportuno di potenziali elettrici era stata inventata da Nikolay Vitanov dell’Helsinki Institute of Physics nel 1999. Data la sua natura piuttosto distante dal ciò che il senso comune suggerirebbe, tale soluzione è chiamata appunto sequenza ‘controintuitiva’.

“Senza quella felice (contro) intuizione avremmo ancora potuto non conoscere quella soluzione. E in ogni caso fino a oggi non sapevamo come modificarla quando l’elettrone sta subendo disturbi durante il processo, facendo fallire il teletrasporto. Abbiamo lasciato che l’intelligenza artificiale trovasse una soluzione propria, senza fornirle preconcetti o esempi: l’ha trovata ed è più veloce di quella nota, ma soprattutto si adatta quando sono presenti disturbi. L’intelligenza artificiale ha capito il fenomeno e generalizzato il risultato meglio di quanto sappiamo fare noi. È come se l’intelligenza artificiale fosse in grado di scoprire da sola come teletrasportare i Qubit a prescindere dal disturbo in atto, anche nei casi in cui noi non possediamo già una soluzione”, conclude Prati. “Con questo lavoro abbiamo dimostrato che la progettazione e il controllo dei computer quantistici possono trarre vantaggio dall’uso dell’intelligenza artificiale”.

La ricerca è stata svolta in collaborazione con il giovane studente Riccardo Porotti e Dario Tamascelli dell’Università di Milano e con Marcello Restelli del Politecnico di Milano.





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Fisica

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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