Un buco nero potrebbe accelerare protoni a energie record
Al centro della Via Lattea, Sagittarius A* potrebbe spingere protoni a diversi petaelettronvolt cedendo parte della propria energia di rotazione. I ricercatori indicano nei raggi gamma una possibile traccia del fenomeno.
Un buco nero potrebbe accelerare particelle a energie molto superiori a quelle raggiungibili dai più potenti acceleratori costruiti sulla Terra, cedendo loro parte della propria energia di rotazione. Nuovi calcoli indicano anche come gli astronomi potrebbero cercare le tracce di questo processo: i raggi gamma prodotti dalle particelle in fuga.
Sagittarius A* come acceleratore galattico
Il possibile acceleratore naturale si trova al centro della Via Lattea. È Sagittarius A*, un buco nero supermassiccio con una massa pari a circa quattro milioni di volte quella del Sole. Secondo uno studio teorico, potrebbe trasferire energia rotazionale ai protoni, portandoli a diversi petaelettronvolt (PeV), cioè a diversi quadrilioni di elettronvolt. In questo modo Sagittarius A* potrebbe comportarsi da «PeVatron» galattico, un acceleratore capace di generare alcuni dei raggi cosmici più energetici della nostra galassia.
Il processo di Penrose
Di norma, la radiazione intensa associata ai buchi neri che si alimentano attivamente proviene dalla materia che li circonda, non dal buco nero stesso. Ma nel 1969 il fisico Roger Penrose propose che un buco nero in rotazione potesse cedere parte della propria energia attraverso un meccanismo oggi chiamato processo di Penrose.
Il fenomeno si svolgerebbe nell’ergosfera, la regione in cui la rotazione del buco nero trascina lo spaziotempo circostante, costringendo gli oggetti a muoversi nella direzione del suo spin. In determinate condizioni, una particella che entra nell’ergosfera può dividersi: un frammento cade nel buco nero, mentre l’altro riesce a fuggire con più energia di quella iniziale. L’energia in più viene sottratta alla rotazione del buco nero, come una spinta ricevuta da una giostra in movimento.
Una variante più efficiente, il processo di Penrose magnetico (MPP), sfrutta i campi magnetici per trasferire energia rotazionale alle particelle cariche e lanciarle nello spazio a energie eccezionali.
Neutroni e protoni nell’ergosfera
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno modellizzato i neutroni prodotti dalle reazioni nucleari nel gas caldo attorno a Sagittarius A*. Alcuni di questi neutroni potrebbero entrare nell’ergosfera e decadere in protoni, elettroni e antineutrini. Le particelle cariche interagirebbero poi con il campo magnetico: i protoni, in particolare, potrebbero riuscire a fuggire con una grande quantità di energia. «I nostri risultati rafforzano l’interpretazione di Sgr A* come candidato a PeVatron galattico», scrivono gli autori.
La ricerca dei raggi gamma
Una possibile conferma potrebbe arrivare dai raggi gamma. I protoni accelerati si propagherebbero verso l’esterno e urterebbero il gas denso della Zona Molecolare Centrale, che circonda il centro della galassia. Da queste collisioni potrebbero nascere raggi gamma e neutrini, offrendo indizi osservabili sul meccanismo.
Dal centro galattico sono già stati rilevati raggi gamma di altissima energia, ma la loro origine precisa non è ancora chiara. Individuare la fonte dei raggi cosmici è complicato perché la loro carica elettrica fa sì che i campi magnetici ne curvino il percorso. I raggi gamma, invece, non vengono deviati e possono quindi aiutare a localizzare le regioni in cui le particelle vengono accelerate.
Secondo i calcoli, il processo di Penrose magnetico potrebbe lasciare caratteristiche riconoscibili nello spettro energetico dei raggi gamma e contribuire all’emissione già osservata dagli osservatori H.E.S.S. e HAWC. I modelli prevedono segnali rilevabili con la sensibilità attesa del Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO); il Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) potrebbe inoltre permettere di verificare alcuni scenari. «I nostri risultati indicano che SWGO dovrebbe essere in grado di esaminare tutti gli scenari considerati in questo lavoro», scrivono i ricercatori.
Lo studio
Lo studio, intitolato «Sgr A* come PeVatron galattico: segnali multimessaggeri del processo di Penrose magnetico», è firmato da Marina Cermeño, Pedro De la Torre Luque, Cristina Fernández-Suárez, Viviana Gammaldi, Enrique Mier-Alonso, María J. Rodríguez, Miguel Á. Sánchez-Conde e Jaume Zuriaga-Puig. È stato pubblicato su arXiv il 2 settembre 2026. DOI: 2609.04051
