Event Horizon Telescope, una schiera su scala planetaria di otto radiotelescopi terrestri forgiati attraverso la collaborazione internazionale, ha catturato questa immagine del buco nero supermassiccio al centro della galassia M87 e della sua ombra.
(Immagine: © EHT Collaboration)
I buchi neri sono stati finalmente trascinati fuori dall'ombra.
Per la prima volta in assoluto, l'umanità ha fotografato una di queste sfuggenti bestie cosmiche, illuminando un esotico regno spazio-temporale che era stato per molto tempo al di là della nostra comprensione.
"Abbiamo visto ciò che pensavamo fosse invisibile", ha detto oggi (10 aprile) Sheperd Doeleman, dell'Università di Harvard e del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, durante una conferenza stampa presso il National Press Club di Washington, DC.
Doeleman dirige il progetto Event Horizon Telescope (EHT), che ha catturato le immagini epiche. Queste quattro foto, che sono state svelate oggi in occasione di eventi stampa in tutto il mondo e in una serie di articoli pubblicati, delineano i contorni del mostro buco nero in agguato nel cuore della galassia ellittica M87.
Le immagini sono abbastanza strabilianti da sole. Ma ancor più significativo è il percorso che probabilmente i nuovi risultati daranno fuoco, hanno detto i ricercatori.
"C'è davvero un nuovo campo da esplorare", ha dichiarato Peter Galison, professore di fisica e storia della scienza ad Harvard, in un discorso EHT del mese scorso al festival South by Southwest (SXSW) di Austin, in Texas. "E questo è in definitiva ciò che è così eccitante in questo."
Galison, che ha co-fondato la Black Hole Initiative (BHI) interdisciplinare di Harvard, ha confrontato il potenziale impatto delle immagini con quello dei disegni realizzati dallo scienziato inglese Robert Hooke nel 1600. Queste illustrazioni hanno mostrato alla gente l'aspetto di insetti e piante al microscopio.
"Ha aperto un mondo", ha detto Galison del lavoro di Hooke.
Un telescopio delle dimensioni della Terra
L'EHT è un consorzio di oltre 200 scienziati che lavora da circa due decenni. È uno sforzo veramente internazionale; il finanziamento nel corso degli anni è arrivato dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e da molte altre organizzazioni nei paesi di tutto il mondo.
Il progetto prende il nome dal famoso punto di non ritorno di un buco nero - il confine oltre il quale nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alle grinfie gravitazionali dell'oggetto.
"L'orizzonte degli eventi è l'ultimo muro della prigione", ha detto a Space.com il direttore fondatore di BHI Avi Loeb, presidente del dipartimento di astronomia di Harvard. (Loeb non fa parte del team EHT.) "Una volta dentro, non puoi mai uscire."
È quindi impossibile fotografare l'interno di un buco nero, a meno che tu non riesca in qualche modo a entrarci da solo. (Tu e le tue foto non potreste tornare al mondo esterno, ovviamente.)
Quindi, l'EHT immagina l'orizzonte degli eventi, tracciando la sagoma scura del buco nero. (Il disco di gas in rapido movimento che vortica intorno e nei buchi neri emette molte radiazioni, quindi queste sagome si distinguono.)
"Stiamo cercando la perdita di fotoni", ha detto a Space.com il membro del consiglio scientifico EHT Dan Marrone, professore associato di astronomia all'Università dell'Arizona.
Il progetto ha esaminato due buchi neri: il colosso M87, che ospita circa 6,5 miliardi di volte la massa del sole della Terra, e il buco nero centrale della nostra galassia della Via Lattea, noto come Sagittario A *. Quest'ultimo oggetto, pur rimanendo un buco nero supermassiccio, è uno scherzo rispetto alla bestia di M87, contenente solo 4,3 milioni di masse solari.
Entrambi questi oggetti sono obiettivi difficili a causa della loro immensa distanza dalla Terra. Il Sagittario A * si trova a circa 26.000 anni luce da noi e il buco nero di M87 è a ben 53,5 milioni di anni luce.
Dal nostro punto di vista, l'orizzonte degli eventi del Sagittario A * "è così piccolo che equivale a vedere un'arancia sulla luna o a leggere il giornale a Los Angeles mentre si è seduti a New York City", ha detto Doeleman durante l'evento SXSW il mese scorso.
Nessun singolo telescopio sulla Terra può fare questa osservazione, quindi Doeleman e il resto del team EHT hanno dovuto essere creativi. I ricercatori hanno collegato radiotelescopi in Arizona, Spagna, Messico, Antartide e altri luoghi in tutto il mondo, formando uno strumento virtuale delle dimensioni della Terra.
Tanti dati
Il team EHT ha usato questo megascope per studiare i due buchi neri supermassicci per due tratti della settimana fino ad oggi - una volta nell'aprile 2017 e ancora l'anno successivo. Le nuove immagini provengono dalla prima sequenza osservativa.
Ci sono buoni motivi per cui sono stati necessari due anni prima che il primo risultato del progetto venisse pubblicato. Per prima cosa, ogni notte di osservazione ha generato circa 1 petabyte di dati, risultando in una tale quantità tale che il team deve spostare le sue informazioni da un luogo all'altro per posizionare alla vecchia maniera.
"Non è possibile trasferire questi dati tramite Internet", ha dichiarato Dimitrios Psaltis, scienziato del progetto EHT, all'università dell'Arizona, all'evento SXSW. "Quindi, ciò che realmente facciamo è, prendiamo i nostri dischi rigidi e li abbiamo FedEx da un posto all'altro. Questo è molto più veloce di qualsiasi cavo che tu possa mai trovare."
Ciò rallenta e complica l'analisi, ovviamente. I dati dell'ambito EHT vicino al Polo Sud, ad esempio, non sono riusciti a scendere in Antartide fino a dicembre 2017, quando faceva abbastanza caldo perché gli aerei potessero entrare e uscire, ha detto Marrone.
Anche correlare e calibrare i dati è stato complicato, ha aggiunto. E il team si è preso molta cura di questo lavoro, data l'importante natura del ritrovamento.
"Se hai intenzione di presentare una grande pretesa di imaging di un buco nero, devi avere grandi prove, prove molto forti", ha detto Doeleman all'evento SXSW (che è servito da spiegatore dello sforzo EHT ma non ha annunciato eventuali risultati).
"E nel nostro progetto, spesso pensiamo che persone come [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [e Karl] Schwarzschild si guardino alle spalle", ha aggiunto, riferendosi ai fisici che hanno aiutato a fare da pionieri nella nostra comprensione dei buchi neri. "E quando hai luminari che controllano virtualmente il tuo lavoro, vuoi davvero farlo bene."
Cosa significa tutto
Il progetto EHT ha due obiettivi principali, ha affermato Psaltis: immaginare per la prima volta un orizzonte degli eventi e aiutare a determinare se la teoria della relatività generale di Einstein necessita di qualche revisione.
Prima che arrivasse Einstein, la gravità era generalmente considerata una forza misteriosa a distanza. Ma la relatività generale lo descrive come la deformazione dello spazio-tempo: oggetti massicci come pianeti, stelle e buchi neri creano una sorta di abbassamento nello spazio-tempo, proprio come farebbe una palla da bowling se posizionata su un trampolino. Gli oggetti vicini seguono questa curva e vengono incanalati verso la massa centrale.
La relatività generale ha resistito incredibilmente bene nel corso del secolo dalla sua introduzione, superando tutti i test che gli scienziati gli hanno lanciato. Ma le osservazioni dell'EHT forniscono un altro processo, in un regno estremo in cui le previsioni potrebbero non corrispondere alla realtà. Questo perché gli astronomi possono calcolare la dimensione e la forma previste di un orizzonte degli eventi usando la relatività generale, ha spiegato Psaltis.
Se la sagoma osservata corrisponde alle simulazioni basate sulla teoria, "allora Einstein aveva ragione al 100%", ha detto Psaltis. "Se la risposta è no, allora dobbiamo modificare la sua teoria per farla funzionare con esperimenti. Ecco come va la scienza."
E abbiamo imparato oggi che non sono necessarie modifiche, almeno al momento: le osservazioni M87 di EHT sono coerenti con la relatività generale, hanno detto i membri del team. Vale a dire, l'orizzonte degli eventi è quasi circolare ed è la dimensione "giusta" per un buco nero di quell'immensa massa.
"Devo ammetterlo, ero un po 'sbalordito dal fatto che corrispondesse così da vicino alle previsioni che avevamo fatto", ha detto il membro del team EHT Avery Broderick, dell'Università di Waterloo e del Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, durante la conferenza stampa di oggi .
Tale fondamento di verità è vitale per il processo scientifico, ovviamente. In effetti, fornire migliori informazioni per alimentare teorie e simulazioni sarà probabilmente uno dei maggiori contributi dell'EHT, ha affermato Loeb.
"Fare fisica è un dialogo con la natura", ha detto. "Testiamo le nostre idee confrontandole con gli esperimenti; i dati sperimentali sono cruciali".
I nuovi risultati dovrebbero anche aiutare gli scienziati a gestire meglio i buchi neri, ha affermato lui e altri ricercatori. Ad esempio, le immagini EHT probabilmente illumineranno in modo significativo il modo in cui il gas si trasforma in una buca nera. Questo processo di accrescimento, che può portare alla generazione di potenti getti di radiazione, è poco compreso, ha detto Loeb.
Inoltre, la forma di un orizzonte degli eventi può rivelare se un buco nero sta ruotando, ha affermato Fiona Harrison del California Institute of Technology, la principale investigatrice dello studio del buco nero della NASA Matrice telescopica spettroscopica nucleare (NuSTAR) missione.
"Abbiamo dedotto indirettamente la rotazione dei buchi neri", ha detto a Space.com Harrison, che non fa parte del team EHT. Le immagini EHT forniscono "un test diretto, che è molto eccitante", ha aggiunto.
I dati di EHT hanno rivelato che il buco nero M87 ruota in senso orario, hanno detto oggi i membri del team.
Il progetto dovrebbe anche mostrare come la materia è distribuita attorno a un buco nero e le osservazioni EHT potrebbero infine insegnare agli astronomi molto su come i buchi neri supermassicci modellano l'evoluzione delle loro galassie ospiti su lunghe scale temporali, ha detto Harrison.
I risultati di EHT si adattano bene anche a quelli di Osservatorio di onde gravitazionali con interferone laser (LIGO), che ha rilevato le increspature spazio-temporali generate dalle fusioni che coinvolgono buchi neri solo poche decine di volte più massicce del sole.
"Nonostante varino attraverso un fattore di miliardi di massa, i buchi neri noti sono tutti coerenti con una singola descrizione", ha detto oggi Broderick. "I buchi neri grandi e piccoli sono analoghi in modi importanti. Ciò che impariamo da un [tipo] si applica necessariamente all'altro."
E nel caso ti stia chiedendo del Sagittario A *: il team EHT spera di ottenere presto immagini di quel buco nero supermassiccio, ha detto Doeleman oggi. I ricercatori hanno esaminato prima M87, ed è un po 'più facile da risolvere rispetto al Sagittario A * perché è meno variabile su scale temporali brevi, ha spiegato.
Una nuova prospettiva?
Poi c'è il fascino più ampio delle immagini appena rilasciate: come parla a quelli di noi che non sono astrofisici.
I contributi in questo campo potrebbero essere significativi, hanno affermato i membri del team EHT e scienziati esterni. Le foto possono cambiare il modo in cui pensiamo a noi stessi e al nostro posto nell'universo, ha osservato Marrone, citando la famosa foto "Earthrise" scattata dall'astronauta Apollo 8 Bill Anders nel dicembre 1968. Questa immagine, che ha dato alle masse un assaggio del nostro pianeta come è davvero - un avamposto solitario della vita in un infinito mare di tenebre - è ampiamente riconosciuto come aiutante a stimolare il movimento ambientale.
Vedere un buco nero nella vita reale - o comunque la sua sagoma - "è roba da fantascienza", ha detto Harrison. E abbiamo visto solo le prime foto del progetto, ha aggiunto: "Stanno solo andando a migliorare".
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Il libro di Mike Wall sulla ricerca della vita aliena "Là fuori"(Grand Central Publishing, 2018; illustrato da Karl Tate), è ora disponibile. Seguilo su Twitter @michaeldwall. Seguici su Twitter @Spacedotcom o Facebook.
