Pubblicato il: 23 aprile 2019 alle 7:00 am

Gli osservatori di tutto il mondo producono le prime immagini di un buco nero Ecco come sono stati catturati i fotogrammi, grazie al lavoro di oltre 200 astronomi e al telescopio Event Horizon Telescope. «Un pianeta in orbita ci girerebbe intorno in una settimana e viaggerebbe alla velocità della luce», ha detto uno dei ricercatori

di Teresa Terracciano.

Westford, 23 Aprile 2019 – Un team internazionale di oltre 200 astronomi, tra cui scienziati dell’Osservatorio Haystack del MIT, ha catturato le prime immagini dirette di un buco nero. Hanno portato a termine questa notevole impresa coordinando la potenza di otto grandi osservatori in quattro continenti, per lavorare insieme come un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra.

Il team ha rivelato quattro immagini del buco nero supermassiccio nel cuore di Messier 87, o M87, una galassia all’interno dell’Ammasso della Vergine, a 55 milioni di anni luce dalla Terra.

Albert Einstein, nella sua teoria della relatività generale, prevedeva l’esistenza di buchi neri, sotto forma di regioni spaziali compatte e infinitamente dense, dove la gravità è così estrema che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire dall’interno. Per definizione, i buchi neri sono invisibili. Ma se un buco nero è circondato da materiale che emette luce come il plasma, le equazioni di Einstein prevedono che parte di questo materiale dovrebbe creare una “ombra”, o un contorno del buco nero e del suo confine, noto anche come orizzonte degli eventi.

Sulla base delle nuove immagini di M87, gli scienziati ritengono di vedere per la prima volta l’ombra di un buco nero, sotto forma di una regione scura al centro di ogni immagine.

La relatività prevede che l’immenso campo gravitazionale farà sì che la luce si pieghi attorno al buco nero, formando un anello luminoso intorno alla sua silhouette, e farà anche sì che il materiale circostante orbita intorno all’oggetto a velocità della luce. L’anello luminoso e capovolto nelle nuove immagini offre una conferma visiva di questi effetti: Il materiale diretto verso il nostro punto di osservazione mentre ruota, appare più luminoso dell’altro lato.

Da queste immagini, teorici e modellisti del team hanno determinato che il buco nero è circa 6,5 miliardi e mezzo di volte più massiccio del nostro sole. Leggere differenze tra ciascuna delle quattro immagini suggeriscono che il materiale gira intorno al buco nero alla velocità della luce.

«Questo buco nero è molto più grande dell’orbita di Nettuno, e Nettuno impiega 200 anni per girare intorno al sole», dice Geoffrey Crew, uno scienziato ricercatore dell’Osservatorio di Haystack. «Con il buco nero di M87 così massiccio, un pianeta in orbita ci girerebbe intorno in una settimana e viaggerebbe alla velocità della luce».

Le immagini sono state scattate dal telescopio Event Horizon Telescope, o EHT, una serie su scala planetaria che comprende otto radiotelescopi, ciascuno in un ambiente remoto e ad alta quota, comprese le cime delle Hawaii, la Sierra Nevada spagnola, il deserto cileno e la calotta di ghiaccio antartica.

Ogni giorno, ogni telescopio opera in modo indipendente, osservando oggetti astrofisici che emettono onde radio. Tuttavia, un buco nero è infinitamente più piccolo e più scuro di qualsiasi altra sorgente radio nel cielo. Per vederlo chiaramente, gli astronomi devono usare lunghezze d’onda molto corte – in questo caso, 1,3 millimetri – che possono tagliare le nuvole di materiale tra un buco nero e la Terra.

Per l’EHT, gli otto telescopi partecipanti si sono sommati in un piatto radio virtuale grande quanto la Terra, con la capacità di captare un oggetto fino a 20 micro arcosecondi. Per una felice coincidenza, si tratta della precisione richiesta per vedere un buco nero, secondo le equazioni di Einstein.

Poiché ogni telescopio occupa una posizione diversa sul piatto radio virtuale dell’EHT, ha una visione leggermente diversa dell’oggetto di interesse – in questo caso, M87. I dati ricevuti da due telescopi separati possono codificare un segnale simile del buco nero, ma contengono anche un rumore specifico per i rispettivi telescopi.

Il correlatore allinea i dati di ogni possibile coppia di otto telescopi dell’EHT. Da questi confronti, elimina matematicamente il suono e seleziona il segnale del buco nero. Orologi atomici ad alta precisione installati ad ogni dato in entrata, consentendo agli analisti di confrontare i flussi dei dati.

L’idea per l’EHT è stata concepita all’inizio degli anni 2000 da Sheperd Doeleman, che guidava un programma pionieristico VLBI all’Haystack Observatory e ora dirige il progetto EHT come astronomo presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. All’epoca, gli ingegneri di Haystack stavano sviluppando i back-end digitali, registratori e correlatori che potevano elaborare gli enormi flussi di dati che una serie di telescopi disparati avrebbero ricevuto.

Il coordinamento delle osservazioni e delle analisi ha coinvolto oltre 200 scienziati di tutto il mondo che compongono la collaborazione con l’EHT, con 13 istituzioni, tra cui l’Osservatorio Haystack. I principali finanziamenti sono stati forniti dalla National Science Foundation, dal Consiglio europeo della ricerca e dalle agenzie di finanziamento dell’Asia orientale, compresa la Japan Society for the Promotion of Science. I telescopi che hanno contribuito a questo risultato sono stati ALMA, APEX, il telescopio IRAM da 30 metri, il telescopio James Clerk Maxwell, il telescopio Alfonso Serrano, il Submillimeter Array, il Submillimeter Telescope e il South Pole Telescope.

Sono previsti altri osservatori che si uniranno all’EHT, per affinare l’immagine di M87 e cercare di vedere attraverso il denso materiale che si trova tra la Terra e il centro della nostra galassia, fino al cuore del Sagittario A* (nella costellazione del Sagittario, al centro della Via Lattea).

«Questa è l’alba di una nuova era per l’astrofisica del buco nero».

Fonti: MIT, The Event Horizon Telescope (EHT)

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