Nell'aprile del 2019, la storia di collaborazione di Event Horizon Telescope ha fatto la storia quando ha pubblicato la prima immagine di un buco nero mai presa. Questo risultato ha richiesto decenni e ha innescato un circo mediatico internazionale. L'immagine è stata il risultato di una tecnica nota come interferometria, in cui gli osservatori di tutto il mondo hanno combinato la luce dei loro telescopi per creare un'immagine composita.
Questa immagine mostra ciò che gli astrofisici hanno predetto per lungo tempo, che l'estrema flessione gravitazionale fa cadere i fotoni attorno all'orizzonte degli eventi, contribuendo agli anelli luminosi che li circondano. La scorsa settimana, il 18 marzo, un team di ricercatori del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA) ha annunciato una nuova ricerca che mostra come le immagini del buco nero potrebbero rivelare una struttura complessa al loro interno.
Lo studio che descrive le loro scoperte, intitolato "Firme interferometriche universali dell'anello fotonico di un buco nero", è apparso di recente sul diario La scienza avanza. Il team è stato guidato da Michael Johnson, un astrofisico del CfA, e ha indotto membri della Black Hole Initiative (BHI) di Harvard, del Los Alamos National Laboratory, del Princeton Center for Theoretical Science e di diverse università.
Come ha spiegato Johnson in un recente comunicato stampa della CfA:
“L'immagine di un buco nero in realtà contiene una serie nidificata di anelli. Ogni anello successivo ha circa lo stesso diametro ma diventa sempre più nitido perché la sua luce ha orbitato più volte nel buco nero prima di raggiungere l'osservatore. Con l'attuale immagine EHT, abbiamo intravisto tutta la complessità che dovrebbe emergere nell'immagine di qualsiasi buco nero ".
Come ci dice la legge della relatività generale, i campi gravitazionali alterano la curvatura dello spaziotempo. Nel caso di un buco nero, l'effetto è estremo e fa sì che anche la luce (fotoni) si blocchi intorno a loro. Questi fotoni proiettano un'ombra sull'anello luminoso di gas e polvere in caduta che viene accelerato a velocità relativistiche dalla gravità del buco nero.
Intorno a questa regione ombreggiata c'è un "anello di fotoni" prodotto da fotoni che sono concentrati dalla forte gravità vicino al buco nero. Questo anello può dire molto agli astronomi di un buco nero poiché le sue dimensioni e la sua forma rivelano la massa e la rotazione (alias "rotazione") del buco nero. A causa delle immagini EHT, i ricercatori del buco nero ora hanno uno strumento con cui studiare i buchi neri.
Dagli anni '50, gli astronomi hanno imparato molto su di loro studiando l'effetto che hanno sull'ambiente circostante. In altre parole, lo studio dei buchi neri è stato indiretto e teorico in natura. Ma con la capacità di acquisire immagini di questi oggetti celesti, gli astronomi possono finalmente studiarli direttamente e raccogliere dati reali.
George Wong, uno studente laureato in fisica all'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, era responsabile dello sviluppo di software per produrre immagini simulate di buco nero. Questo software ha permesso di calcolare le immagini con la più alta risoluzione fino ad oggi e ha permesso al loro team di scomporle nella serie prevista di immagini secondarie. Come indicato da Wong:
“Riunire esperti di diversi settori ci ha permesso di collegare davvero una comprensione teorica dell'anello fotonico a ciò che è possibile con l'osservazione. Ciò che è iniziato come i classici calcoli su carta e matita ci ha spinto a spingere le nostre simulazioni a nuovi limiti. "
Ciò che è stato particolarmente sorprendente per i ricercatori, tuttavia, è stato il modo in cui la sottostruttura rivelata dall'immagine del buco nero crea nuove opportunità di ricerca. Mentre i subring che hanno rivelato sono normalmente invisibili ad occhio nudo sulle immagini, producono segnali molto chiari se osservati da array di telescopi usando l'interferometria.
Ciò offre agli astronomi un modo relativamente semplice per espandere il lavoro svolto finora dalla collaborazione EHT. "Mentre l'acquisizione di immagini di buchi neri richiede normalmente molti telescopi distribuiti, i subring sono perfetti per studiare usando solo due telescopi molto distanti", ha affermato Johnson. "Aggiungere un telescopio spaziale all'EHT sarebbe sufficiente."
I campi dell'astronomia e dell'astrofisica hanno subito molteplici rivoluzioni negli ultimi anni. Tra le prime osservazioni in assoluto di oggetti interstellari, la conferma delle onde gravitazionali e le prime osservazioni dirette di un buco nero. Questi primi hanno permesso la ricerca che promette di sbloccare una serie di misteri permanenti sul cosmo.
La ricerca del team è stata resa possibile in parte da sovvenzioni emesse dalla NASA, dalla National Science Foundation (NSF), dal Dipartimento dell'Energia (DoE) e da molteplici fondamenti scientifici e di ricerca.
