Come viene scattata una foto di un buco nero e cosa vediamo?

Cinque anni fa, l’Event Horizon Telescope (EHT) ha diretto molti dei suoi radiotelescopi verso due buchi neri, uno nella galassia Messier 87 e l’altro nella nostra galassia, la Via Lattea.

Ma cosa ha visto veramente il telescopio?

Perché ci è voluto fino a quest’anno prima che fosse pubblicata una foto del centro della Via Lattea?

E poi cosa?

Prima di rispondere a queste domande, un po’ sui buchi neri.

I buchi neri sono oggetti estremamente compatti

Un buco nero è un’area dello spazio molto compressa da cui nulla può sfuggire. Intorno al buco nero c’è l’orizzonte degli eventi, il confine tra il buco e il resto dello spazio. A causa della forte forza di gravità, nulla, nemmeno la luce, può sfuggire a un buco nero se finisce all’interno dell’orizzonte degli eventi.

L’esistenza di un oggetto supermassiccio al centro della Via Lattea è stata dimostrata per la prima volta da Reinhard Genzel e Andrea Ges, una scoperta che nel 2020 ha assegnato loro un quarto del Premio Nobel.

L’altra metà è andata a Roger Penrose per dimostrare che i buchi neri sono un risultato diretto della relatività generale.

Ma è stato solo quest’anno che abbiamo ricevuto prove grafiche che il centro della galassia, questo corpo enorme, era in realtà costituito da un buco nero.

L’Event Horizon Telescope di oggi è lieto di condividere la prima immagine diretta del “gigante amico” al centro della nostra galassia – Sagittarius A*, Faryal Ozil, professore di astronomia all’Università dell’Arizona, ha detto a una conferenza stampa tenutasi in connessione con l’EHT per presentare le sue nuove scoperte.

Come si visualizza un buco nero?

EHT è una collaborazione globale che utilizza radiotelescopi di diverse stazioni di ricerca in tutto il mondo per effettuare osservazioni di oggetti distanti nello spazio.

Le osservazioni vengono effettuate utilizzando una tecnica chiamata interferometria a lungo raggio. L’interferometria implica il collegamento di diversi telescopi per creare nuovi telescopi più grandi.

Combinando le misurazioni di otto radiotelescopi, l’EHT funge da telescopio delle dimensioni della Terra. La precisione del telescopio è proporzionale alle sue dimensioni. EHT ha una precisione superiore a 60 secondi di microonde, che equivale a poter distinguere l’arancione sulla superficie della Luna da quella della Terra.

Cosa vediamo nella foto?

Dal momento che nulla può sfuggire all’attrazione di un buco nero, non è proprio il buco nero che vediamo. Ciò che è visibile è il gas caldo in orbita attorno al Sagittario A* appena fuori dall’orizzonte degli eventi: né la materia né la luce dall’altro lato di questo confine possono lasciare il buco nero, quindi non possiamo immaginare il buco nero stesso.

L’immagine mostra un anello di luce che circonda l’oscurità. Questo anello è costituito da gas caldo in orbita attorno al buco nero. La luce abbastanza vicina al buco nero da inghiottirlo alla fine attraversa il suo orizzonte, lasciando il vuoto oscuro nel mezzo, ha detto Ferial Ozil.

Quando erano le note?

Le osservazioni sono state effettuate all’inizio del 2017 quando il telescopio per cinque notti ha raccolto dati sia dal Sagittario A* che dal buco nero al centro della galassia di Messier 87 – M87*.

Il Sagittario A* dista circa 26.000 anni luce e pesa quattro milioni di soli. Ma anche se l’M87* è notevolmente più grande, le foto sembrano le stesse.

Il buco nero di Messier 87 è 1.500 volte più grande, rendendo l’orizzonte degli eventi 1.500 volte più grande. Ferial Ozil ha detto che è anche 2000 volte più lontana da noi, il che rende queste due foto molto simili.

Perché ci è voluto così tanto tempo prima che la foto venisse pubblicata?

Un’immagine di M87* è stata presentata nella galassia Messier 87 già nel 2019. Il motivo del ritardo dell’immagine sul nostro buco nero è che il Sagittarius A* è notevolmente più dinamico e diversificato di M87*.

Intorno ai due buchi neri, il gas si muove quasi alla velocità della luce. Ma mentre il gas impiega giorni o settimane per girare M87*, il gas nel buco nero più piccolo Sagittario A* gira in pochi minuti.

Poiché il gas in rapida orbita provoca fluttuazioni di luminosità e pattern, l’EHT ha prodotto migliaia di immagini del centro della Via Lattea, anziché solo una, durante le sue osservazioni. Diversi anni di elaborazione hanno ora portato l’immagine sull’arco A* a essere la quantità media di immagini scattate dal telescopio.

L’immagine ora conferma una volta per tutte che si tratta in realtà di un buco nero attorno al quale ruota la nostra galassia.

Ricordi il ricercatore? Katie Bowman? Si è diffuso rapidamente quando è stata mostrata la prima immagine del buco neroquando ha condiviso un’immagine di se stessa seduta su uno schermo e ha osservato come un computer ha generato l’immagine, utilizzando l’algoritmo che ha co-sviluppato.

Katie Bowman è attualmente assistente professore al Caltech e lavora nell’elaborazione delle immagini. In questo video racconta come è stata sviluppata la nuova immagine sul buco nero.

Cosa possiamo imparare dall’immagine?

Confrontando i dati EHT raccolti con le simulazioni realizzate utilizzando i supercomputer, i ricercatori hanno concluso che il buco nero probabilmente ruota in senso antiorario attorno a un asse che punta quasi direttamente verso la Terra.

Dal 2017 sono stati raccolti ulteriori dati e l’EHT continua la sua collaborazione globale in modo che possiamo saperne di più sul Sagittario A*. Tra le altre cose, i ricercatori vogliono scoprire se il buco nero contiene o meno getti. Molti buchi neri, come M87*, hanno due flussi di materia espulsi in direzioni opposte dalla loro superficie.

I getti di gas possono essere causati da un intenso riscaldamento del gas che cade nei buchi neri. Il Sagittario A* potrebbe aver avuto getti in precedenza, qualcosa indicato dalla resistenza della materia sopra e sotto il centro della Via Lattea. Oggi, gli aerei – se sopravvivono – sono probabilmente più deboli.

Oltre a saperne di più sull’arco A*, la nuova immagine conferma che l’immagine precedente dell’M87* non era solo una coincidenza.

– Ora sappiamo che non è stata una coincidenza. Non era solo un aspetto qualsiasi dell’ambiente che assomigliava all’episodio che ci aspettavamo di vedere. Ad ogni modo, ha detto Ferial Ozil, quello che stiamo vedendo è il nucleo del buco nero.