L'oggetto più grande nel nostro cielo notturno - di gran lunga! - è invisibile per noi. L'oggetto è il Super-Massive Black Hole (SMBH) al centro della nostra galassia della Via Lattea, chiamato Sagittario A. Ma presto potremo avere un'immagine dell'orizzonte degli eventi del Sagittario A. E quell'immagine può rappresentare una sfida per la teoria della relatività generale di Einstein.
Nessuno ha mai visto l'orizzonte degli eventi di un buco nero. L'intensa attrazione gravitazionale impedisce a qualsiasi cosa, anche alla luce, di sfuggire. L'orizzonte degli eventi è il punto di non ritorno. Non importa, nessuna luce e nessuna informazione può sfuggire. Ma potremmo essere vicini a ottenere un'immagine dell'orizzonte degli eventi del Sagittario A, grazie all'Event Horizon Telescope (EHT).
L'EHT è una collaborazione internazionale progettata per indagare sulle immediate vicinanze di un buco nero. Non è un telescopio, ma piuttosto un sistema collegato di radiotelescopi in tutto il mondo che lavorano tutti insieme usando l'interferometria. Misurando l'energia elettromagnetica dalla regione che circonda il buco nero con più antenne radio in più posizioni, è possibile ricavare alcune delle proprietà della sorgente.
I ricercatori con l'EHT sperano che le loro osservazioni alla fine forniranno immagini degli intensi effetti gravitazionali che ci aspettiamo di vedere vicino al buco nero. Sperano anche di rilevare alcune delle dinamiche in atto vicino al buco mentre la materia in orbita nel disco di accrescimento raggiunge la velocità relativistica.
Il progetto EHT ha raccolto dati sul Sagittario A e su un altro buco nero chiamato M87 al centro della galassia Vergine A, per un periodo di quattro anni. I quattro anni si sono conclusi nell'aprile 2017, ma il team di 200 scienziati e ingegneri sta ancora analizzando i dati. Nel frattempo, il team ha rilasciato immagini modello di computer di ciò che sperano di vedere.
L'immagine potrebbe non sembrare molto, ma è significativa. È l'equivalente di leggere un titolo di giornale sulla luna stando in piedi sulla Terra. L'immagine può aiutarci a rispondere ad alcune domande confuse riguardanti i buchi neri:
- Che ruolo hanno avuto i buchi neri nella formazione delle galassie?
- Che aspetto hanno la luce e la materia mentre cadono verso un buco nero?
- Di cosa sono fatti i flussi di energia che fuoriescono dai buchi neri?
C'è anche la possibilità che l'immagine prodotta da EHT del Sagittario A significhi che la Teoria della relatività generale di Einstein dovrà essere aggiornata. (Anche se di solito è una cattiva idea scommettere contro Einstein.)
Black Holes e Event Horizon
I buchi neri sono fondamentalmente il cadavere di una stella. Quando una stella molto massiccia brucia attraverso tutto il suo combustibile, collassa in un punto estremamente denso, o singolarità. Il buco nero ha un'attrazione gravitazionale incredibilmente potente, che attira gas e polvere verso di esso. Una volta ogni 10.000 anni circa, il Sagittario A consuma persino una stella.
L'orizzonte degli eventi è come una conchiglia attorno al buco nero. Una volta che qualsiasi questione, o anche la luce, raggiunge l'orizzonte degli eventi, il gioco finisce. Il buco nero cresce di dimensioni man mano che consuma materia e anche l'orizzonte degli eventi si espande.
Il Sagittario A, il nostro buco nero super-massiccio (SMBH), è enorme. Ha una massa 4 milioni di volte maggiore del Sole. Ma anche così, non è così grande rispetto ad altri SMBH. L'altro SMBH nel progetto EHT è molto più grande, con una massa di 7 miliardi di volte quella del sole.
L'EHT produrrà un'immagine dell'orizzonte degli eventi studiando l'area intorno al buco nero. Qualcosa accade al materiale mentre cade nel buco nero. Forma un disco di accrescimento di gas e polvere vorticoso che è sostanzialmente in uno schema di trattenimento fino a quando non viene risucchiato nel buco. Quel materiale accelera fino a velocità relativistiche, il che significa vicino alla velocità della luce. Quando ciò accade, il materiale viene surriscaldato ed emette energia.
Ma il buco nero è così potente gravitazionalmente che piega quella luce in un fenomeno chiamato lente gravitazionale. Questo obiettivo crea una regione scura che si chiama ombra del buco nero. Secondo la teoria, l'orizzonte degli eventi dovrebbe essere circa 2,5 volte più grande dell'ombra. Quindi, una volta che gli scienziati hanno un'immagine dell'ombra, conoscono le dimensioni dell'orizzonte degli eventi. La dimensione dell'orizzonte degli eventi è proporzionale alla massa del buco nero. Quindi nel caso del Sagittario A, dovrebbe avere un diametro di circa 24 milioni di km (15 milioni di miglia).
Quindi non ci saranno immagini del buco nero stesso, ma ci saranno immagini dell'ombra che il buco nero proietta. Scientificamente, questo è un grande salto nella nostra comprensione dei buchi neri. E in caso di dubbi sull'esistenza di buchi neri, l'immagine dell'ombra fornirà prove concrete che i buchi neri sono davvero là fuori.
L'EHT e i Jets
Nonostante le enormi dimensioni del Sagittario A, è minuscolo nel cielo. È troppo piccolo per essere visto da un singolo telescopio. Ecco perché è stato implementato l'EHT. Combina 7 radiotelescopi separati in tutto il mondo in un grande telescopio virtuale usando una tecnica chiamata Very Long Baseline Interferometry (VLBI), qualcosa che gli appassionati di astronomia hanno familiarità. Il telescopio virtuale ha un potere risolutivo molto maggiore di un singolo ambito e ha permesso agli astronomi di studiare l'area vicino a Sgr. UN.
Durante un periodo di una settimana nell'aprile del 2017, il team EHT ha puntato tutti e sette i suoi "scopi" su Sgr A, e sette orologi atomici hanno registrato i tempi dell'arrivo dei segnali su ciascun telescopio. Studiando e combinando i segnali, gli scienziati possono creare un'immagine di Sgr A. Questo è un processo che richiede tempo e che è in corso.
I getti energetici che fuoriescono dalle vicinanze di un buco nero sono di particolare interesse per i ricercatori. La materia che vortica nel disco di accrescimento di un buco nero si riscalda fino a miliardi di gradi. Parte di esso entra nel buco nero, ma non tutto.
I getti energetici sono la parte che fuoriesce dal disco di accrescimento. Viaggiano vicino alla velocità della luce per decine di migliaia di anni luce. Gli scienziati vogliono saperne di più su di loro.
Quando si tratta di mons. A, non sappiamo se ci sono getti. Non è stato molto attivo negli ultimi decenni, quindi potrebbero non esserci getti. Ma se sono lì, l'EHT raccoglierà i segnali radio. Quindi potremmo ottenere risposte ad alcune domande fondamentali sui getti:
- Come iniziano?
- Come accelerano alle velocità relativistiche?
- Come rimangono concentrati?
- Di cosa sono fatti esattamente?
La teoria della relatività generale nei guai di Einstein è?
Probabilmente no. Ma c'è una possibilità.
La maggior parte del nostro Sistema Solare è un posto abbastanza prosaico, per tutti i giorni. Ed è da lì che proviene la maggior parte delle nostre prove osservative a sostegno della relatività generale. Ma la regione che circonda un buco nero non è un quartiere normale.
Le condizioni sono estreme. Gravità intensa, getti surriscaldati di materiale che si avvicinano alla velocità della luce e l'orizzonte degli eventi. Ma per quanto riguarda la relatività generale, si tratta principalmente di gravità e luce.
La relatività generale prevede che la gravità del buco nero curverà lo spazio e attirerà tutto verso di esso, compresa la luce. I dati raccolti da EHT forniranno misurazioni di questo fenomeno che possono essere confrontate con le previsioni di Einstein. Se i dati corrispondono alle previsioni, Einstein vince ancora.
La relatività generale fa un'altra previsione: l'ombra proiettata dal disco di accrescimento dovrebbe essere circolare. Se non è circolare ed è più ovoidale, le formule in Relatività generale non sono completamente accurate.
John Wardle è un astronomo che studiava i buchi neri da decenni, quando erano ancora solo un costrutto teorico. È fortemente coinvolto nel progetto EHT. Wardle pensa che la Relatività Generale resisterà a questo test e che Einstein vincerà di nuovo. Ma se la Relatività Generale fallisce questo test, ci troveremo in una situazione molto difficile e strana.
"Quindi indosseremo una giacca dritta severa perché non puoi apportare modifiche che incasinano tutti gli altri bit che funzionano", ha detto Wardle. "Sarebbe molto eccitante."
- Comunicato stampa dell'Università di Brandeis: "Che aspetto ha un buco nero?"
- Event Horizon Telescope
- Voce di Wikipedia: interferometria
- Voce di Wikipedia: Event Horizon
