Gli scienziati vogliono video di buco nero dopo la seconda foto storica

Fresco di rivelare la sua prima immagine del buco nero al centro della nostra galassia, l'Event Horizon Telescope è pronto a fare i suoi prossimi passi catturando filmati di gas che fluiscono turbolento su un buco nero.

Le due immagini del buco nero che l' Event Horizon Telescope (EHT) ha prodotto finora, quella del Sagittario A* nella Via Lattea e quella del buco nero al centro della galassia M87 sono istantanee nel tempo. I buchi neri si agitano costantemente mentre il gas orbita attorno alla sua superficie, o all'orizzonte degli eventi, ma le immagini fisse non mostrano davvero questa oscillazione.

Quindi gli scienziati sognano film prodotti immaginando ripetutamente i buchi neri nel corso di mesi e anni. I ricercatori sperano che tali film mostreranno l'evoluzione dei dischi di accrescimento dei buchi neri mentre il gas scorre su di essi e come i campi magnetici all'interno del disco si aggrovigliano e si avvolgono mentre vengono trascinati intorno ai buchi neri.

Ci sono già stati tentativi di fare un film. "L'abbiamo provato con i dati del 2017", ha detto Katie Bouman, informatica del California Institute of Technology, durante la conferenza stampa della NSF giovedì (12 maggio), alludendo alla corsa di osservazione del 2017 che ha prodotto i dati dietro le immagini di entrambi i buchi neri.

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"Abbiamo sviluppato algoritmi che ci hanno permesso di realizzare film e li abbiamo applicati ai dati", ha aggiunto. "Abbiamo visto che, sebbene ci fosse qualcosa di interessante lì, i dati di cui disponiamo attualmente non limitano abbastanza quel film per dire qualcosa di cui siamo davvero fiduciosi".

Quindi gli scienziati hanno bisogno di più dati prima che un video sia fattibile, ma l'acquisizione di quei dati richiede molto tempo e i telescopi che compongono il progetto EHT hanno altri programmi di osservazione da completare.

Per affrontare la sfida, gli ingegneri stanno implementando miglioramenti tecnici in modo che entro il 2024 gli astronomi EHT saranno in grado di attivare e disattivare le osservazioni. Questa capacità consentirà agli scienziati di utilizzare il tempo libero sui telescopi per un lungo periodo, piuttosto che una campagna di osservazione della durata di una o due settimane.

Vincent Fish, astrofisico dell'Haystack Observatory del Massachusetts Institute of Technology, descrive l'approccio come un'osservazione agile. "Fai le tue osservazioni e poi [i telescopi] possono tornare indietro e fare le loro altre scienze per il resto del tempo", ha detto Fish durante la conferenza stampa della NSF.

Sebbene queste agili osservazioni inizieranno nel 2024, gli scienziati EHT avranno bisogno di alcuni anni per elaborare i dati in un filmato utilizzando le tecniche di imaging descritte da Bouman.

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La prima star del cinema sarà il buco nero di M87, una galassia ellittica nel cuore dell'ammasso di galassie della Vergine, a 54,5 milioni di anni luce dalla Terra . Nonostante la sua grande distanza, quel buco nero appare effettivamente nel cielo di dimensioni simili a quelle del Sagittario A* perché è molto più grande. L'anello di gas ripreso attorno al Sagittario A* potrebbe adattarsi all'orbita di Mercurio , il cui raggio è di circa 36 milioni di miglia (58 milioni di chilometri), mentre il buco nero in M87 potrebbe facilmente comprendere le orbite di tutti i pianeti del sistema solare .

Le dimensioni del buco nero M87 aiutano davvero quando si tratta di fare film. Poiché il Sagittario A* è molto più piccolo, i cambiamenti si verificano molto più rapidamente poiché il gas gira intorno al buco nero troppo rapidamente per essere rintracciato dall'osservazione sporadica da parte dell'EHT. Poiché il buco nero di M87 è così enorme, i cambiamenti nel suo anello del gas impiegano settimane o mesi per diventare evidenti, consentendo di catturare i film a un ritmo più maestoso.

L'osservazione agile ha altri vantaggi. Occasionalmente, i buchi neri subiscono un'esplosione mentre fanno a pezzi un asteroide o una nuvola di gas che si è avvicinata troppo. L'osservazione di tali esplosioni richiede un rapido follow-up, cosa che l'EHT finora non è stata in grado di fare, data la logistica di organizzare il tempo sui telescopi e impostare l'attrezzatura necessaria. Con un'osservazione agile, l'EHT sarà in grado di seguire con il semplice tocco di un interruttore se gli astronomi individuano un'esplosione in M87 o anche sul Sagittario A*.

"È enorme per essere in grado di raccogliere flaring a breve termine", ha detto a This Web.com Ryan Hickox, un astrofisico del Dartmouth College.

Anche se non dovremmo aspettarci presto nessun film di Sagittario A*, nel frattempo c'è molto altro da osservare. L'EHT ha già misurato il livello di polarizzazione nella luce del disco di gas di M87 , che racconta agli astronomi la forza e la direzione dei campi magnetici avvolti nel disco, forse emanati dal buco nero stesso.

"Il nostro prossimo passo sarà creare immagini polarizzate del Sagittario A*, in modo da poter vedere i campi magnetici vicino al buco nero e vedere come vengono trascinati [in giro] dal buco nero stesso", Michael Johnson, astrofisico di l'HarvardSmithsonian Center for Astrophysics, ha affermato durante la conferenza stampa della NSF.

Un altro passaggio rafforzerà la visione dell'EHT sui buchi neri. Sette osservatori hanno collaborato all'immagine del buco nero di M87; con l'aggiunta del South Pole Telescope, otto osservatori hanno preso parte all'imaging del Sagittario A*.

L'Event Horizon Telescope opera attraverso l'interferometria di base molto lunga, una tecnica che accoppia i telescopi. La distanza tra i telescopi, che gli scienziati chiamano "linea di base", equivale all'apertura di un normale telescopio.

Se più telescopi possono unirsi al progetto EHT, le linee di base che collegano gli osservatori possono aumentare di numero e lunghezza. L'allungamento delle linee di base aumenta la risoluzione, consentendo agli scienziati di vedere i dettagli più piccoli. Nel frattempo, l'aumento del numero di linee di base aumenta la sensibilità dell'EHT e il suo numero di angoli di visualizzazione. Questo fattore è visibile nell'immagine del Sagittarius A*, che appare chiazzata: quei punti luminosi non sono punti caldi, ma piuttosto indicano le regioni in cui gli angoli di visione di più coppie di telescopi hanno coinciso, risultando in un segnale più forte.

Tre nuovi telescopi sono stati aggiunti all'EHT da quando sono stati eseguiti l'imaging M87 e Sagittarius A*. Si tratta del Greenland Telescope Project, dell'Osservatorio IRAM NOEMA nelle Alpi francesi e del telescopio di 12 metri Kitt Peak in Arizona. Poiché il Greenland Telescope Project è così a nord, può osservare solo M87 e non Sagittario A*; d'altra parte, il telescopio del polo sud non può vedere M87. Quindi solo 10 telescopi saranno in grado di osservare ogni buco nero.

"L'aggiunta di nuove stazioni aiuterà molto", ha detto Hickox.

E che dire di altri buchi neri in altre galassie? Sfortunatamente, per ora potremmo doverci accontentare di due soli buchi neri.

"Una delle sfide è che non ci sono davvero buchi neri che abbiano un orizzonte degli eventi abbastanza grande, come proiettato nel cielo, che possa essere facilmente ripreso con l'Event Horizon Telescope", ha detto Hickox.

Ciò non significa che l'EHT non possa osservarli. La rete ha già osservato i getti di alcune galassie attive, come il quasar 3C273 , che dista 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra e possiede un buco nero centrale con circa 880 milioni di masse solari.

Quei jet possono essere sorprendentemente informativi, ha detto Hickox. "Ci sono molte strutture davvero interessanti in quei getti che ci raccontano come le particelle vengono accelerate attorno a un buco nero e come interagiscono con l'ambiente dopo essere state espulse, e come funzionano i campi magnetici e qual è la composizione di quelle particelle sono, e tutte quelle cose, che influenzano il modo in cui quei getti influenzano il gas su scale molto grandi intorno alla loro galassia", ha detto.

Dato che il programma di osservazione dell'EHT 2020 è stato cancellato a causa della pandemia di COVID-19, c'è tempo perso da recuperare. Tuttavia, la pausa ha dato agli scienziati la possibilità di elaborare l'immagine del Sagittario A* e di sviluppare nuove tecnologie e algoritmi di elaborazione delle immagini con cui ricavare maggiori dettagli dalle immagini.

Abbiamo appena scalfito la superficie di ciò che questi due buchi neri possono dirci. Stanno girando e, se sì, a che velocità? Da dove provengono i loro campi magnetici? Consumano gas a sorsi improvvisi o sfiorano il gas più gradualmente? E come influenzano il loro ambiente circostante nelle loro galassie?

Con il rilascio dell'immagine Sagittario A*, le risposte ad alcune di queste domande potrebbero essere quasi a portata di mano.

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