Saluta il Sagittario A*, il buco nero al centro della galassia della Via Lattea

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. (si apre in una nuova scheda) La pubblicazione ha contribuito con l'articolo a Expert Voices: Op-Ed & Insights di questo Web.com .

Chris Impey (si apre in una nuova scheda) , Distinguished Professor of Astronomy, University of Arizona

Il 12 maggio 2022, gli astronomi del team Event Horizon Telescope hanno rilasciato l'immagine di un buco nero chiamato Sagittario A* (si apre in una nuova scheda) che si trova al centro della Via Lattea. Chris Impey, astronomo dell'Università dell'Arizona, spiega come il team ha ottenuto questa immagine e perché è un grosso problema.

1. Cos'è il Sagittario A*?

Il Sagittario A* si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea, in direzione della costellazione del Sagittario. Per decenni, gli astronomi hanno misurato le esplosioni di onde radio (si apre in una nuova scheda) da una sorgente estremamente compatta lì.

Negli anni '80, due squadre di astronomi hanno iniziato a tracciare i movimenti delle stelle vicino a questa misteriosa fonte di onde radio. Hanno visto le stelle roteare attorno a un oggetto scuro a velocità fino a un terzo della velocità della luce. I loro movimenti suggerivano che al centro della Via Lattea c'era un buco nero 4 milioni di volte la massa del Sole (si apre in una nuova scheda). Reinhard Genzel e Andrea Ghez hanno poi condiviso il Premio Nobel per la Fisica (si apre in una nuova scheda) per questa scoperta.

La dimensione di un buco nero è definita dal suo orizzonte degli eventi, una distanza dal centro del buco nero all'interno della quale nulla può sfuggire. In precedenza gli scienziati erano stati in grado di calcolare che il Sagittario A* ha un diametro di 16 milioni di miglia (26 milioni di chilometri).

Il buco nero della Via Lattea è enorme rispetto ai buchi neri lasciati quando muoiono stelle massicce (si apre in una nuova scheda). Ma gli astronomi pensano che ci siano buchi neri supermassicci al centro di quasi tutte le galassie. Rispetto alla maggior parte di questi, Sagittario A* è magro e insignificante.

2. Cosa mostra la nuova immagine?

È impossibile scattare un'immagine diretta di un buco nero perché nessuna luce può sfuggire alla sua gravità. Ma è possibile misurare le onde radio emesse dal gas che circonda un buco nero. (Credito immagine: collaborazione EHT, CC BY-SA)

I buchi neri stessi sono completamente oscuri, poiché nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alla loro gravità. Ma i buchi neri sono circondati da nubi di gas e gli astronomi possono misurare questo gas per dedurre immagini dei buchi neri all'interno. La regione scura centrale nell'immagine è un'ombra proiettata dal buco nero sul gas. L'anello luminoso è il gas stesso che brilla. I punti luminosi nell'anello mostrano aree di gas più caldo che un giorno potrebbero cadere nel buco nero.

Parte del gas visibile nell'immagine è in realtà dietro il Sagittario A*. La luce di quel gas viene piegata dalla potente gravità del buco nero verso la Terra. Questo effetto, chiamato lente gravitazionale (si apre in una nuova scheda), è una previsione fondamentale della relatività generale (si apre in una nuova scheda).

I nuclei galattici, come il centro della Via Lattea visto in questa foto, sono pieni di gas e detriti, il che rende molto difficile ottenere immagini dirette delle stelle o dei buchi neri lì. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech, CC BY-NC)

3. Che cosa è servito per produrre questa immagine?

I buchi neri supermassicci sono estremamente difficili da misurare. Sono lontani e avvolti dal gas e dalla polvere che ostruiscono il centro delle galassie. Sono anche relativamente piccoli rispetto alla vastità di questo Web. Da dove si trova il Sagittario A*, a 26.000 anni luce di distanza al centro della Via Lattea, solo 1 su 10 miliardi di fotoni di luce visibile può raggiungere la Terra, la maggior parte viene assorbita dal gas nel percorso. Le onde radio passano attraverso il gas molto più facilmente della luce visibile, quindi gli astronomi hanno misurato le emissioni radio del gas che circonda il buco nero. I colori arancioni nell'immagine sono rappresentazioni di quelle onde radio.

I ricercatori hanno utilizzato otto telescopi da tutto il mondo situati nei punti in cui le linee bianche si intersecano per agire come un unico, enorme telescopio. (Credito immagine: ESO/L. Calada, CC BY-ND)

Il team ha utilizzato otto radiotelescopi sparsi in tutto il mondo (si apre in una nuova scheda) per raccogliere dati sul buco nero nel corso di cinque notti nel 2017. Ogni notte ha generato così tanti dati che il team non è stato in grado di inviarli tramite Internet che hanno ha dovuto spedire dischi rigidi fisici dove elaboravano i dati.

Poiché i buchi neri sono così difficili da vedere, c'è molta incertezza nei dati raccolti dai telescopi. Per trasformare tutto in un'immagine accurata, il team ha utilizzato i supercomputer per produrre milioni di immagini diverse (si apre in una nuova scheda), ognuna una versione matematicamente valida del buco nero basata sui dati raccolti e sulle leggi della fisica. Hanno quindi unito tutte queste immagini per produrre l'immagine finale, bella e precisa. Il tempo di elaborazione è stato equivalente a far funzionare 2.000 laptop a piena velocità per un anno.

4. Perché la nuova immagine è così importante?

Nel 2019, il team di Event Horizon Telescope ha rilasciato la prima immagine di un buco nero al centro della galassia M87. Il buco nero al centro di questa galassia, chiamato M87*, è un colosso 2000 volte più grande del Sagittario A* e 7 miliardi di volte la massa del Sole. Ma poiché il Sagittario A* è 2.000 volte più vicino alla Terra di M87*, l'Event Horizon Telescope è stato in grado di osservare entrambi i buchi neri con una risoluzione simile, dando agli astronomi la possibilità di conoscere l'universo confrontando i due.

M87*, a sinistra, è 2.000 volte più grande del Sagittario A*, a destra. I sottili cerchi bianchi indicano le dimensioni delle orbite dei pianeti nel sistema solare. (Credito immagine: collaborazione EHT (riconoscimento: Lia Medeiros, xkcd), CC BY-ND)

La somiglianza delle due immagini è sorprendente perché le stelle piccole e le piccole galassie appaiono e si comportano in modo molto diverso dalle grandi stelle o galassie. I buchi neri sono gli unici oggetti esistenti che rispondono solo a una legge di gravità della natura. E la gravità non si preoccupa della scala (si apre in una nuova scheda).

Negli ultimi decenni, gli astronomi hanno pensato che ci fossero enormi buchi neri al centro di quasi tutte le galassie (si apre in una nuova scheda). Mentre M87* è un buco nero insolitamente enorme, il Sagittario A* è probabilmente abbastanza simile a molte delle centinaia di miliardi di buchi neri al centro di altre galassie nell'universo.

5. A quali domande scientifiche può rispondere?

C'è molta più scienza da fare dai dati raccolti dal team.

Un'interessante via di indagine deriva dal fatto che il gas che circonda il Sagittario A* si sta muovendo a una velocità prossima a quella della luce. Il Sagittario A* è relativamente piccolo e la materia vi gocciola molto lentamente (si apre in una nuova scheda) se avesse le dimensioni di un essere umano, consumerebbe la massa di un singolo chicco di riso ogni milione di anni. Ma prendendo molte immagini, sarebbe possibile osservare il flusso di materia intorno e dentro il buco nero in tempo reale. Ciò consentirebbe agli astrofisici di studiare come i buchi neri consumano materia e crescono.

Un'immagine vale più di mille parole, e questa nuova immagine ha già generato 10 articoli scientifici (si apre in una nuova scheda) . Mi aspetto che ne verranno molti altri.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation (si apre in una nuova scheda) con licenza Creative Commons. Leggi l' articolo originale (si apre in una nuova scheda) .

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