Appena rilasciato: la prima immagine di sempre di un buco nero

Il buco nero supermassiccio di M87. Con una superficie di 40 miliardi di km, ha le dimensioni di tutto il nostro sistema solare. Poiché questo buco nero è più stabile e cambia meno nel corso di una sera, è stato più facile catturarlo nonostante fosse molto più lontano del buco nero distante 25.000 anni luce al centro della nostra galassia. Immagine di EHT e National Science Foundation.

L'immagine sopra è monumentale e ponderata come il suo soggetto: il buco nero al centro di una galassia supergigante. Rilasciato questa mattina di aprile dall'Osservatorio europeo meridionale, è il nostro primo sguardo in assoluto a un buco nero. Trasfissante e gloriosa, amata e anticipata, l'immagine rappresenta un altro trampolino di lancio nella nostra comprensione del cosmo. È una testimonianza dell'ingegno umano e del luogo enigmatico e ammaliante che è il nostro universo. La stessa fotografia è stata un lavoro d'amore di diversi scienziati di tutto il mondo, i dati necessari sono stati riversati negli osservatori radiofonici nel freddo pungente dell'Antartica, nelle eterne pianure del deserto che si estendono e persino sulle cime dei vulcani estinti sulle isole paradisiache in mezzo al rotolamento mare. A miliardi di volte la massa del nostro sole, l'immagine mostra un buco nero supermassiccio e un soggetto formidabile. La sua foto? Altrettanto eccezionale.

Il viaggio

Il telescopio Event Horizon ha effettivamente iniziato a fotografare due buchi neri: il già citato Sagittario A * e un altro buco nero al centro della supergigante galassia Messier 87. I due sono un bellissimo contrasto tra loro. Il buco nero al centro della nostra galassia è silenzioso e composto, ingoiando solo poche stelle e ospitando un disco di accrescimento debole. Il buco nero di Messier 87 è molto più chiassoso di così; esplode in rapidi getti di particelle subatomiche che si estendono per migliaia di anni luce e il buco stesso pesa miliardi di volte la massa del nostro sole. Ma nonostante le loro dimensioni, catturare immagini di questi due buchi neri non è stato facile. Questo perché da dove si trova a 25.000 anni luce di distanza, anche il Sagittario A * relativamente vicino lancia un'ombra oltre 37 milioni di volte più piccola della luna piena. Ci è voluta la collaborazione tra 8 osservatori radio - essenzialmente creando un telescopio di dimensioni terrestri - per raccogliere dati sufficienti per darci le immagini che abbiamo oggi. Mentre l'immagine del buco nero dell'M87 è stata risolta e rilasciata, il Sagittario A * molto più vicino è più difficile da catturare proprio perché è così fioco. Gli scienziati stanno attualmente lavorando all'analisi dei dati del Sagittario A *. Questi dati di entrambi i buchi neri sono stati acquisiti nel corso di 9 giorni nell'aprile del 2017.

Ma mentre i dati sono stati ottenuti in 9 giorni, ci sono voluti 2 anni per elaborarli, verificare la presenza di errori e assemblarli in immagini.

I telescopi erano addestrati sul Sagittario A * e utilizzavano orologi atomici per sincronizzare le loro immagini parziali. Il gas e la polvere riscaldati che circondano un buco nero lo rendono un oggetto abbastanza luminoso - non nelle lunghezze d'onda visibili ai nostri occhi ma nelle onde radio, nei raggi X e nell'infrarosso. La tecnologia a infrarossi è anche ciò che ha permesso agli scienziati di vedere le stelle al centro della Via Lattea. Questo è stato il primo punto emozionante nel dettaglio del Sagittario A *. Osservando le orbite di queste stelle, i ricercatori hanno scoperto che le stelle si muovevano a 3 milioni di miglia (quasi 5 milioni di km) all'ora, indicando che esisteva una massa circa 4 milioni di volte quella del sole esistente in un'area molto piccola dello spazio . Esattamente quello che si aspettavano dal buco nero supermassiccio previsto per esistere nel cuore della Via Lattea.

Una visualizzazione delle orbite stellari al centro della galassia. Osservazione di questi corpi portata avanti dal 1995 al 2012 dai telescopi WM Keck. Immagine di U. of Illinois NCSA Advanced Visualization Laboratory.

Una volta che la luce ha colpito i telescopi presso gli osservatori, i dati sono stati memorizzati su dischi rigidi che hanno dovuto essere trasferiti in aereo. Questo è stato uno dei principali ritardi nel rilascio delle immagini del buco nero (che avrebbero dovuto essere rilasciate alla fine dell'anno scorso). Con posizioni remote come il polo sud, i viaggi aerei limitati e le condizioni intense hanno causato alcune complicazioni nel trasporto dei dati. La rotazione della Terra doveva anche essere presa in considerazione con il movimento naturale del pianeta, risultando in una sorta di sfocatura. Questo è il motivo per cui gli orologi atomici, che prendono la misura più precisa possibile del tempo, sono stati usati per sincronizzare i telescopi e darci un risultato più chiaro. Mentre l'immagine corrente può ancora apparire sfocata, alcuni algoritmi potrebbero rendere l'immagine più nitida in futuro. Secondo Shep Doeleman, un astronomo dell'Università di Harvard che ha lavorato al progetto, frequenze più alte potrebbero comportare una maggiore risoluzione angolare.

Ma poiché i buchi neri sono pozzi dai quali nessuna luce può sfuggire, ciò che vediamo è in realtà l'orizzonte degli eventi e il materiale - gas, polvere e luce - che orbita attorno al buco nero prima di essere inevitabilmente consumato. Il meglio che abbiamo, quindi, è questa sagoma del buco mentre si nutre del disco di accrescimento. Il disco di accrescimento è una materia calda di milioni di gradi, che vortica quasi alla velocità della luce e rivela la posizione del buco nero emettendo radiazioni elettromagnetiche. Qualsiasi materiale dal disco che non viene consumato può essere espulso in getti. Questa sagoma di luce, proprio come i buchi neri stessi, era prevista dalla teoria della relatività generale. Eppure, per quanto ciò possa sembrare un'altra convalida della relatività, i buchi neri con i loro punti di densità infinita (singolarità) sono anche il luogo in cui la teoria si rompe.

Continuare ad osservare questi mostri dello spazio è un vero tesoro di potenziale: potrebbero ulteriormente confermarci o scoraggiarci dalla teoria della relatività, magari mandandoci lungo un percorso diverso. Rivelano la geometria dello spaziotempo e, come aspetto fondamentale della natura, potrebbero portarci a comprendere meglio l'inizio del nostro universo (o la sua fine). È stato a lungo ipotizzato che scrutare in un buco nero potrebbe aiutarci nei nostri sforzi per riconciliare la meccanica quantistica e la relatività generale, riunendo infine tutte e quattro le forze dell'universo.

Le simulazioni di un buco nero, come questa di HOTAKA SHIOKAWA / CFA / HARVARD, erano incredibilmente vicine a ciò che è stato effettivamente catturato. Gli scienziati hanno risposto con stupore e hanno descritto prima vedendo l'immagine del buco nero come qualcosa di

È a causa di tutto questo potenziale e di più che Event Horizon Telescope ha continuato a osservare e acquisire dati nel 2018, con questi dati attualmente analizzati. Nuovi telescopi in Groenlandia, Arizona e Francia contribuiranno alla nostra conoscenza del Sagittario A * e di altri buchi neri nel nostro universo.

La nostra comprensione di questi fenomeni ha fatto molta strada. Mentre il termine "buco nero" è stato coniato negli anni '60 a New York, i buchi neri sono stati inizialmente pensati come "stelle oscure" quando sono emersi da un esperimento mentale nel 1700. Scientificamente hanno segnato il loro posto un secolo fa, quando furono predetti da Einstein. Il primo si è fatto conoscere in una scoperta nel 1971 e oggi, nel 2019, ne vediamo uno fotografato mentre batte - o meglio gira - come il cuore di una galassia sempre curiosa.

Il canale Smithsonian sarà presentato in anteprima un'ora di documentario su questa scoperta venerdì 12 aprile.

Questo articolo verrà aggiornato man mano che verranno rilasciate ulteriori informazioni.