La fotografia impossibile del buco nero

La foto del buco nero supermassiccio al centro della galassia M87.

Nel mio precedente articolo abbiamo descritto i tipi di immagini che siamo in grado di ricevere da un telescopio spaziale. Una stella si risolve in un'immagine di appena 11 pixel quadrati. Ma per quanto riguarda le immagini come quelle sopra? Questa è la famosa immagine di un buco nero supermassiccio al centro della galassia M87 a 53,49 milioni di anni luce di distanza.

Quindi è più grande nel cielo di Trappist A. Risposta breve no. Ottenere un'immagine del buco nero M87 equivale a trovare un solo granello di sabbia su una spiaggia di San Francisco mentre sei seduto a New York.

Risolvere l'immagine di un buco nero è come trovare un singolo granello di sabbia a Los Angeles se ti trovi a New York

Per fare un confronto, il telescopio spaziale Hubble ha un potere risolutivo in grado di immaginare una grande anguria sulla stessa distanza.

Ciò è dovuto a un limite fisico di obiettivi / specchi. La quantità di risoluzione dell'immagine che è possibile ottenere da qualsiasi telescopio è proporzionale alla dimensione dell'obiettivo che si utilizza sul telescopio. Le lenti di grandi dimensioni come quella dell'Hubble hanno un diametro di 7,8 piedi mantenuto a una temperatura costante di 70 gradi Celsius e lucidato a una precisione di 10 nanometri. Gli osservatori terrestri possono avere obiettivi ancora più grandi, ma devono compensare la sfocatura atmosferica.

Il telescopio spaziale Hubble (posso vedere la mia casa da qui!)

Sfortunatamente nessuna di queste opzioni ci darà una foto con la risoluzione di cui abbiamo bisogno per vedere un vero buco nero. Per questo dobbiamo pensare in grande.

Questa è la matrice di chilometri quadrati. La risoluzione dei radiotelescopi è molto più elevata dei telescopi spaziali, ma per le lunghezze d'onda radio

La matrice di interferometria è un tipo di telescopio che sfrutta la differenza di fase dei minuti tra le onde luminose in entrata per aumentarne la risoluzione. È così che vediamo galassie lontane, antichi quasar e buchi neri supermassicci.

Array molto grandi (in linea con il tema secondo cui gli astronomi sono orribili nel nominare le cose) sono radiotelescopi collegati che superano i limiti di risoluzione fisica dei telescopi a lunghezza d'onda visibili. Come suggerisce il nome, questi array di radiotelescopi occupano molto spazio, dozzine di chilometri quadrati. Ma anche questo non è abbastanza grande. Dobbiamo pensare in grande

Event Horizon Telescope è composto da 9 osservatori radio dal Polo Sud alla Groenlandia.

Per questo abbiamo bisogno di un interferometro delle dimensioni del pianeta per risolvere lunghezze d'onda fino a 1,3 mm. Questo è il limite dello spettro radio. Le lunghezze d'onda più piccole ti mettono nello spettro infrarosso che non è adatto per l'acquisizione di immagini. Se il pianeta fosse un po 'più piccolo non avremmo immagini del buco nero. I telescopi sono sincronizzati mediante orologi atomici. I petabyte di dati vengono trasmessi trasportando dischi rigidi dall'Antartide e altrove in un luogo sicuro per essere analizzati dal software di elaborazione delle immagini.

L'ejecta vicino alla velocità della luce del buco nero supermassiccio si estende per 5.000 anni luce

Cosa mostra la foto? Nella foto che stai guardando è l'ombra del buco nero all'interno dell'anello luminoso della sfera del fotone. Il punto a circa 1,5 l'orizzonte degli eventi in cui la luce orbita attorno al buco nero. La luce lascerà la sfera del fotone cadendo nell'orizzonte degli eventi o sfuggendo all'orbita.

La sfera del fotone di un buco nero

Modellare la magnetodinamica del buco nero e confrontarla con l'immagine sfocata consente ai fisici di approssimare la massa del buco nero a 6 miliardi di masse solari e la dimensione di un po 'più grande di quella del sistema solare dal centro all'orizzonte degli eventi.