Una rete internazionale di radiotelescopi ha prodotto la prima immagine ravvicinata dell'ombra di un buco nero, che gli scienziati hanno rivelato questa mattina (10 aprile). La collaborazione, chiamata Event Horizon Telescope, ha confermato decenni di previsioni su come la luce si comporterebbe attorno a questi oggetti oscuri e ha posto le basi per una nuova era dell'astronomia del buco nero.
"Da una scala zero a sorprendente, è stato fantastico", ha dichiarato Erin Bonning, astrofisico e ricercatore di buco nero presso la Emory University che non era coinvolto nello sforzo di imaging.
"Detto questo, era quello che mi aspettavo", ha detto a Live Science.
L'annuncio, preso in giro per circa una settimana e mezzo in anticipo, è riuscito a essere incredibilmente eccitante e quasi completamente privo di dettagli sorprendenti o nuova fisica. La fisica non si è guastata. Non sono state rivelate caratteristiche inattese di buchi neri. L'immagine stessa era quasi una combinazione perfetta per le illustrazioni dei buchi neri che siamo abituati a vedere nella scienza e nella cultura pop. La grande differenza è che è molto più sfocato.
Ci sono state alcune importanti domande relative ai buchi neri che sono rimasti irrisolti, tuttavia, ha detto Bonning.
In che modo i buchi neri producono i loro enormi getti di materia calda e veloce?
Tutti i buchi neri supermassicci hanno la capacità di masticare la materia vicina, assorbirne la maggior parte oltre i loro orizzonti degli eventi e sputare il resto nello spazio a velocità della luce presso torri ardenti gli astrofisici chiamano "getti relativistici".
E il buco nero al centro della Vergine A (chiamato anche Messier 87) è noto per i suoi impressionanti getti, che spargono materia e radiazioni in tutto lo spazio. I suoi getti relativistici sono così enormi che possono sfuggire completamente alla galassia circostante.
E i fisici conoscono i grandi tratti di come ciò accada: il materiale accelera a velocità estreme mentre cade nel pozzo di gravità del buco nero, quindi parte di esso fugge mantenendo l'inerzia. Ma gli scienziati non sono d'accordo sui dettagli di come ciò avvenga. Questa immagine e i documenti associati non offrono ancora alcun dettaglio.
Capirlo, ha detto Bonning, sarà una questione di collegare le osservazioni del telescopio Horizons - che coprono una quantità abbastanza piccola di spazio - con le immagini molto più grandi di getti relativistici.
Mentre i fisici non hanno ancora risposte, ha detto, ci sono buone probabilità che arriveranno presto, specialmente una volta che la collaborazione produrrà immagini del suo secondo obiettivo: il supermassiccio buco nero Sagittario A * al centro della nostra galassia, che non produce getti come quelli della Vergine A. Il confronto tra le due immagini, ha detto, potrebbe offrire un po 'di chiarezza.
Come si integrano la relatività generale e la meccanica quantistica?
Ogni volta che i fisici si riuniscono per parlare di una nuova scoperta davvero eccitante, puoi aspettarti di sentire qualcuno suggerire che potrebbe aiutare a spiegare la "gravità quantistica".
Questo perché la gravità quantistica è la grande incognita in fisica. Per circa un secolo, i fisici hanno lavorato usando due diversi gruppi di regole: la relatività generale, che copre cose molto grandi come la gravità, e la meccanica quantistica, che copre cose molto piccole. Il problema è che quei due libri di regole si contraddicono direttamente l'un l'altro. La meccanica quantistica non può spiegare la gravità e la relatività non può spiegare il comportamento quantistico.
Un giorno, i fisici sperano di collegare i due insieme in una grande teoria unificata, che probabilmente coinvolge una sorta di gravità quantistica.
E prima dell'annuncio di oggi, c'era la speculazione che potesse includere alcune scoperte sull'argomento. (Se le previsioni della relatività generale non fossero state confermate nell'immagine, ciò avrebbe spostato la palla in avanti.) Durante un briefing informativo della National Science Foundation, Avery Broderick, un fisico dell'Università di Waterloo in Canada e un collaboratore sul progetto, ha suggerito che quel tipo di risposte potrebbero arrivare.
Ma Bonning era scettico su tale affermazione. Questa immagine non era del tutto sorprendente dal punto di vista della relatività generale, quindi non offriva alcuna nuova fisica che potesse colmare il divario tra i due campi, ha detto Bonning.
Tuttavia, non è pazzesco che le persone sperino in risposte da questo tipo di osservazione, ha detto, perché il bordo dell'ombra di un buco nero porta forze relativistiche in spazi di dimensioni quantiche minuscole.
"Ci aspetteremmo di vedere la gravità quantistica molto, molto vicino all'orizzonte degli eventi o molto, molto presto nell'universo primordiale", ha detto.
Ma alla risoluzione ancora sfocata di Event Horizons Telescope, ha detto, non è probabile che troviamo questo tipo di effetti, anche con gli aggiornamenti pianificati in arrivo.
Le teorie di Stephen Hawking erano corrette come quelle di Einstein?
Il più grande contributo della fisica agli inizi della carriera di Stephen Hawking alla fisica fu l'idea della "radiazione di Hawking" - che i buchi neri non sono in realtà neri, ma emettono piccole quantità di radiazioni nel tempo. Il risultato è stato estremamente importante, perché ha dimostrato che una volta che un buco nero smette di crescere, inizierà a ridursi molto lentamente dalla perdita di energia.
Ma Event Horizons Telescope non ha confermato o smentito questa teoria, ha affermato Bonning, non che nessuno se lo aspettasse.
I buchi neri giganti come quello della Vergine A, ha detto, emettono solo minime quantità di radiazioni Hawking rispetto alle loro dimensioni complessive. Mentre i nostri strumenti più avanzati sono ora in grado di rilevare le luci intense dei loro orizzonti di eventi, ci sono poche possibilità che possano mai stuzzicare il bagliore ultra-oscuro della superficie di un buco nero supermassiccio.
Quei risultati, disse, probabilmente verranno dai più piccoli buchi neri - oggetti teorici di breve durata così piccoli da poter racchiudere il loro intero orizzonte degli eventi nella tua mano. Con l'opportunità di osservazioni ravvicinate e molte più radiazioni disponibili rispetto alle loro dimensioni complessive, gli esseri umani potrebbero alla fine capire come produrne o trovarne una e rilevarne le radiazioni.
Quindi cosa abbiamo effettivamente imparato da questa immagine?
Innanzitutto, i fisici hanno appreso che Einstein aveva ragione, ancora una volta. Il bordo dell'ombra, per quanto può vedere il telescopio degli orizzonti degli eventi, è un cerchio perfetto, proprio come previsto dai fisici del 20 ° secolo che lavoravano con le equazioni della relatività generale di Einstein.
"Non credo che qualcuno dovrebbe essere sorpreso quando passa un altro test di relatività generale", ha detto Bonning. "Se avessero camminato sul palco e detto che la relatività generale si era rotta, sarei caduto dalla sedia".
Il risultato con implicazioni più immediate e pratiche, ha affermato, è che l'immagine ha permesso agli scienziati di misurare con precisione la massa di questo buco nero supermassiccio, che si trova a 55 milioni di anni luce di distanza nel cuore della galassia Vergine A. È 6,5 miliardi di volte più massiccio del nostro sole.
È un grosso problema, disse Bonning, perché potrebbe cambiare il modo in cui i fisici pesano i buchi neri supermassicci nel cuore di altre galassie più distanti o più piccole.
In questo momento, i fisici hanno una misurazione abbastanza precisa della massa del buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea, ha detto Bonning, perché possono vedere come la sua gravità muove le singole stelle nel suo quartiere.
Ma in altre galassie, i nostri telescopi non possono vedere i movimenti delle singole stelle, ha detto. Quindi i fisici sono bloccati da misurazioni più grossolane: come la massa del buco nero influenza la luce proveniente da diversi strati di stelle nella galassia o come la sua massa influenza la luce proveniente da diversi strati di gas fluttuante nella galassia.
Ma quei calcoli sono imperfetti, ha detto.
"Devi modellare un sistema molto complesso", ha detto.
E i due metodi finiscono per produrre risultati leggermente diversi in ogni galassia osservata dai fisici. Ma almeno per il buco nero nella Vergine A, ora sappiamo che un metodo è corretto.
"La nostra determinazione di 6,5 miliardi di masse solari finisce per sbarcare proprio sulla più pesante determinazione di massa da", ha dichiarato Sera Markoff, un astrofisico dell'Università di Amsterdam e un collaboratore del progetto nel briefing.
Ciò non significa che i fisici si sposteranno semplicemente verso questo approccio per misurare le masse del buco nero, ha detto Bonning. Ma offre un punto dati importante per perfezionare i calcoli futuri.
