12 aprile 2019

Vedere l’invisibile: l’immagine di un buco nero

Un’immagine che cattura ciò che non è possibile vedere, ciò che non è osservabile direttamente e che mai lo sarà: i buchi neri sono corpi celesti, prodotti dal collasso gravitazionale che talvolta accompagna la morte di una stella, con un campo gravitazionale talmente intenso che non possono emettere nulla, neppure la luce, che viene anch’essa “inghiottita” al loro interno. Sono, appunto, neri. La loro esistenza, che può essere spiegata in base alla teoria della relatività generale di Einstein ma non in base alla fisica newtoniana, è stata per lungo tempo oggetto di interesse solo teorico, ma poi l’osservazione del comportamento di altri corpi celesti, che sembravano agire proprio come avrebbero agito se si fossero trovati in loro prossimità, ha rafforzato indirettamente la validità dell’ipotesi. E ora quest’immagine offre un sostegno veramente forte alla loro realtà, mentre sembra lasciar cadere – perché appunto incoerenti con i fenomeni osservati – altre ipotesi concorrenti, avanzate anche nell’ambito della stessa relatività einsteiniana. La corrispondenza tra quanto gli scienziati avevano immaginato – i loro modelli – e quanto sono riusciti a vedere è straordinaria e si capisce l’entusiasmo e l’emozione condivisi dalla comunità scientifica – nonché la riconoscenza nei confronti di Einstein, la cui profondità di sguardo (si potrebbe dire, attraverso l’occhio della mente) ottiene ora un’ennesima conferma empirica, a distanza di circa un secolo.

 

The first image of a black hole: a three minute guide (nature video)

 

L’immagine – una elaborazione di dati radio – mostra una sorta di ciambella luminosa, con la parte inferiore più lucente di quella superiore: mostra, secondo quanto spiega Heino Falcke, astrofisico alla Radboud University di Nijmegen, «un anello di fuoco creato dalla deformazione dello spazio-tempo. La luce vortica e sembra un cerchio»; mostra la materia, composta perlopiù da gas e polvere, precipitare nel buco nero, da cui secondo Einstein non potrà mai più tornare indietro. Per usare nuovamente le parole più precise di un fisico, Luciano Rezzolla, che ha partecipato al progetto, «Quello che stiamo vedendo è l’immagine di faccia di un disco di accrescimento. Un disco di accrescimento vuol dire che la materia ruota intorno al buco nero. Siccome è un po’ inclinata, la parte inferiore del disco sarà più verso di noi, rispetto alla parte posteriore. In particolare, siccome la rotazione avviene in senso orario, ci sarà della materia che viene verso di noi, piuttosto che andare via da noi. Il fatto che venga verso di noi crea un effetto di amplificazione. Quindi la parte inferiore è amplificata rispetto alla parte posteriore. È un effetto Doppler, che in relatività viene ancora di più esacerbato e ci consente di vedere questo grosso contrasto». La luce viene prodotta perché il gas che cade nel buco nero è molto caldo e quindi emette radiazione.

Il buco nero in oggetto è l’M87*: è 6 miliardi e mezzo di volte la massa del Sole, 2 milioni di miliardi di volte la massa della Terra e si trova nella omonima galassia Messier 87, a 53 milioni e mezzo di anni luce da noi, nella costellazione della Vergine.

Inizialmente l’idea era quella di “fotografare” Sagittarius A*, un buco nero molto più vicino a noi, al centro della nostra galassia; ma come spiega ancora Rezzolla, Sagittarius A*, a causa della sua diversa massa, assai più piccola, ha un “tempo scala” molto inferiore a quello di M87*: nel primo caso, un oggetto gira intorno al disco pochi minuti, mentre nel secondo gira intorno al disco due giorni e dà, in sostanza, più tempo all’osservatore di osservarlo, restituendogli un’immagine apparentemente statica.

Per raggiungere questo risultato ci sono voluti molti anni e il coordinamento, nell’ambito del progetto Event Horizon Telescope (EHT), di team di scienziati sparsi in tutto il mondo: per vedere tale fenomeno, infatti, sarebbe occorso un telescopio grande come la Terra e per superare il problema sono stati piazzati in otto località del globo – dalle Hawaii al Polo Sud – altrettanti potentissimi radiotelescopi direzionati sullo stesso punto, a formare una sorta di unico occhio. Ora gli scienziati cercheranno di guardare ancora più in profondità, e di capire meglio come i buchi neri operano.

 

Crediti: l’immagine è un fotogramma (cortesia Event Horizon Telescope collaboration) tratto dal video The first image of a black hole: a three minute guide (nature video)

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