Mercoledì 26 aprile 2023 è stata un’altra giornata storica per l’astronomia. Gli scienziati hanno prodotto la prima immagine del sistema attorno a un buco nero supermassiccio, definito “orizzonte degli eventi”.
Si tratta del limite oltre il quale non valgono più le leggi della fisica. Una zona del cosmo che gli astrofisici sognano di ritrarre da quando Albert Einstein la immaginò, durante l’elaborazione della sua celebre teoria della relatività generale.
La foto mostra per la prima volta i violenti avvenimenti che si verificano attorno ai buchi neri, dei famelici colossi cosmici. Nella foto è ben visibile un mastodontico getto di energia che si proietta verso l’esterno, nello spazio.
Il telescopio dei telescopi
La nuova immagine è stata ottenuta utilizzando ben 16 telescopi, sparsi in varie località sulla Terra. Gli apparecchi, unendo le loro forze, hanno permesso di creare una superficie di osservazione delle dimensioni di un pianeta.
L’idea di catturare immagini così lontane è frutto del progetto Event Horizon Telescope (EHT), una collaborazione internazionale iniziata nel 2012. Uno degli obiettivi principali in origine era proprio quello di osservare direttamente l’ambiente circostante di un buco nero. L’orizzonte degli eventi di un buco nero è il punto oltre il quale qualsiasi cosa – luce, stelle, pianeti, gas, polvere e tutte le forme di radiazione elettromagnetica – viene inghiottita nell’oblio.
La foto delle foto
Il buco nero supermassiccio ritratto, risiede al centro della galassia Messier 87 – detta anche M87 – ed è posto a circa 54 milioni di anni luce dalla Terra. Un anno luce è l’unità di misura per le distanze astronomiche extrasolari: equivale alla distanza che la luce percorre in un anno. Alla velocità di 300mila km al secondo, la luce in un anno è in grado di percorrere quasi 9461 miliardi di km. Il che significa che, per convertire 54 milioni di anni luce in chilometri, si dovrebbero percorrere 9461 miliardi di km per 54 milioni di volte.
Per rappresentare matematicamente una distanza così grande, occorrerebbe un numero con decine e decine di zeri. Talmente lungo da non poter essere riportato, se non con una formula: 5,10879446e+20 chilometri. Il dato non fa che aggiungere valore a una foto che – già per la sola difficoltà nell’esecuzione tecnica – merita l’attenzione della comunità scientifica.
Cos’è un orizzonte degli eventi
Un buco nero è un corpo celeste con una massa talmente densa da far collassare lo spazio e il tempo attorno a sé. Questo collasso crea una “singolarità”, una zona del tessuto spazio-temporale in cui non vigono più le normali leggi della fisica, e della quale sappiamo pochissimo.
È uno dei più grandi misteri della scienza, per cui catturare un’immagine di tale porzione dello spazio è fondamentale per la ricerca astronomica. Tra lo spazio e la singolarità si trova l’orizzonte degli eventi, la superficie limite oltre la quale nessun evento può influenzare un osservatore esterno. Aldilà di esso, infatti, neanche la luce è in grado di sfuggire. Per questo i corpi celesti, appunto, ci appaiono come “buchi” neri. Nel documentario sottostante, per chi lo desidera, si approfondisce la tematica a un livello più professionale.
Un buco nero supermassiccio si differenzia da uno normale per due caratteristiche. La prima, abbastanza evidente, è la stazza: un buco nero supermassiccio ha una massa complessiva miliardi di volte più grande di quella del nostro Sole. La seconda peculiarità è la sua posizione: i buchi neri supermassicci sono posti al centro delle loro galassie, e tutti i sistemi stellari vi ruotano attorno.
Cosa ci mostra l’immagine
La nuova immagine mostra come la base di un ampio getto si connetta con il materiale che ruota attorno al buco nero in una struttura ad anello. È molto più avanzata dell’immagine del primo buco nero, scattata nell’aprile del 2019.
In quel caso riuscivamo solo a vedere la sagoma del buco nero. Ma nella nuova immagine l’intero sistema attorno al colossale corpo celeste viene catturata per la prima volta. Mostra la base del getto di plasma caldo, un anello sfocato di luce proveniente dal plasma caldo che cade nel buco nero e un’area scura centrale – una specie di anello – creata dalla presenza del buco nero. Il plasma – il quarto stato della materia dopo solidi, liquidi e gas – è un materiale così caldo che i suoi atomi sono divisi in particelle subatomiche ad alta energia.
Il parere degli esperti
Ru-Sen Lu: «L’immagine sottolinea per la prima volta la connessione tra il flusso di accrescimento (il materiale attratto verso l’interno, ndr) vicino al buco nero supermassiccio centrale e l’origine del getto», ha detto l’astrofisico dell’Accademia cinese delle scienze di Shanghai, autore dello studio pubblicato sulla rivista Nature.
Thomas Krichbaum: «Questo aiuta a comprendere meglio la complicata fisica attorno ai buchi neri, come i getti vengono lanciati e accelerati e come l’afflusso di materia nel buco nero e il deflusso di materia sono correlati», ha aggiunto in una conferenza stampa il coautore dello studio del Max Planck Institute, sito in Germania.
Kazunori Akiyama: «Questo è ciò che gli astronomi e gli astrofisici volevano vedere da più di mezzo secolo», ha sostenuto con entusiasmo l’altro coautore, astrofisico del Massachusetts Institute of Technology (MIT). «Questa è l’alba di una nuova entusiasmante era».
La mappa dell’Event Horizon Telescope
Di seguito trovate la posizione dei 16 telescopi utilizzati per catturare la storica immagine del buco nero supermassiccio della galassia M87. Tutti posti in varie zone del pianeta Terra, i macchinari hanno confrontato le rispettive immagini coordinandosi con estrema precisione.
I tre scienziati Lu, Krichbaum e Akiyama sono tutti membri del già citato progetto Event Horizon Telescope. Il progetto EHT ha così generato le uniche due immagini di buchi neri supermassicci in possesso dell’umanità. La seconda – pubblicata lo scorso anno – mostra quello che abita al centro della Via Lattea, chiamato Sagittarius A*.
«Ci aspettiamo che esista un ambiente simile anche per Sagittarius A*», ha aggiunto Lu in un comunicato.
L’orizzonte degli eventi nella fantascienza
Da quasi un secolo, ormai, gli artisti di tutto il mondo sono rimasti affascinati dai buchi neri. Tra storie e immagini memorabili, per decenni i creativi hanno tentato di riprodurre con la loro fantasia ciò che fino a oggi era sempre stato invisibile agli occhi per via delle immense distanze.
Dalla pittura alla fantascienza, dai film alle serie televisive, immaginare che vi sia un punto in cui cessano di funzionare le leggi della fisica è sempre stato oggetto di suggestione e curiosità. Il kolossal hollywoodiano Interstellar è stato uno dei più autorevoli esempi della fantascienza in cui si è tentato di riprodurre un buco nero e il relativo orizzonte degli eventi. Ecco qui sotto una delle scene del film.
La pellicola poggia su solide basi scientifiche. In particolare sulle equazioni di Kip S. Thorne e sulle sue ricerche sui buchi neri. Lo scienziato ha collaborato attivamente al processo di scrittura della sceneggiatura, in qualità di consulente, per assicurarsi che gli aspetti scientifici fossero accurati.
Dalla fantasia alla realtà
Ci sono diverse nozioni di fisica teorica nel film. La prova di ciò è la riproduzione di Gargantua, il buco nero nel film, visibile nell’immagine sovrastante. È stata la prima rappresentazione completamente accurata di un buco nero in un film, basata completamente su equazioni fisiche. Non per niente il suo aspetto risulta molto simile a quello della prima foto di un buco nero, e a quella del primo orizzonte degli eventi.
Buchi neri, singolarità e orizzonti degli eventi continueranno a farci sognare ancora a lungo. E chissà quali menti creative saranno ispirate da queste inedite e più precise immagini dei corpi celesti più suggestivi e misteriosi.
