Questa immagine di un buco nero supermassiccio è simulata al computer. Entro la fine del 2017, l'Event Horizon Telescope mira a mostrare al mondo, per la prima volta, l'anello luminoso dell'orizzonte degli eventi di un buco nero. NASA, ESA, e D. Coe, J. Anderson, e R. van der Marel (STScI) Un telescopio grande quanto il nostro pianeta ha iniziato il monumentale compito di osservare il gigantesco buco nero al centro della nostra galassia. Il buco nero supermassiccio si chiama Sagittarius A*, e si annida nel nucleo della Via Lattea circa 26, 000 anni luce dalla Terra.
Gli indizi indiretti sull'esistenza di Sagittario A* sono forti, ma dobbiamo ancora "vederlo" direttamente. Questo è perché, nonostante le sue dimensioni, il buco nero è molto lontano e ben oltre la capacità di risoluzione dei nostri migliori telescopi.
Fino ad ora.
Per immaginare direttamente questo mostro cosmico, i radiotelescopi più potenti del mondo hanno unito le forze per osservare Sagittarius A*, creando un enorme "telescopio virtuale" largo quanto il nostro pianeta. Questo progetto si chiama Event Horizon Telescope (EHT) e, dopo anni di progettazione, ha finalmente iniziato ad osservare Sagittarius A*. Controllerà anche il buco nero supermassiccio di M87, una galassia al centro del massiccio ammasso galattico della Vergine.
"Questa settimana annuncia un'impresa entusiasmante e stimolante per l'astronomia, "Francia Cordova, il direttore della National Science Foundation (NSF), ha dichiarato in una dichiarazione il 5 aprile. "I radiotelescopi di tutto il mondo... lavoreranno di concerto per testare alcune delle teorie più fondamentali della fisica".
Il retroscena del buco nero
I buchi neri regnano come gli oggetti più sconcertanti ed esotici nel nostro universo. In queste regioni dello spazio la fisica "quotidiana" non si applica, e domina la teoria della relatività generale di Einstein.
È noto che buchi neri supermassicci come Sagittarius A* e M87 occupano il nucleo della maggior parte delle galassie. Questi oggetti enormi possono essere milioni a miliardi la massa del nostro sole e sembrano essere antichi quanto le galassie stesse. Hanno una relazione intima con i loro ospiti galattici e il potere di innescare la nascita delle stelle. Al contrario, possono anche abortire la capacità di una galassia di produrre qualunque stelle. Queste complesse relazioni tra buco nero e galassia comprendono alcune delle più grandi domande che incombono sulla cosmologia moderna.
La relatività generale prevede che l'ombra del buco nero dovrebbe essere circolare (al centro), ma un buco nero potrebbe potenzialmente avere anche un'ombra prolata (a sinistra) o oblata (a destra). Le osservazioni di EHT verificheranno se queste previsioni sono vere. D. Psaltis e A. Broderick Aumentare la potenza dei radiotelescopi con un'interferometria della linea di base molto lunga
Per comprendere questi oggetti nel cuore di molte galassie, dobbiamo guardarli bene. Ma per fotografare l'orizzonte degli eventi di Sagittarius A* – la regione che circonda un buco nero dove nemmeno la luce può sfuggire alla gravità di un buco nero – abbiamo bisogno di una tecnica che combini la potenza di molti telescopi diversi.
"L'invenzione chiave in un telescopio è l'elemento di messa a fuoco, '" dice l'astrofisico teorico Avery E. Broderick, che è professore associato presso l'Università di Waterloo e membro di facoltà del Perimeter Institute of Theoretical Physics in Ontario, Canada. "Galileo ha utilizzato la proprietà delle lenti; i telescopi moderni usano gli specchi. L'elemento di messa a fuoco prende tutta la luce che si diffonde attraverso l'apertura del telescopio e la riporta in un unico punto a fuoco".
Maggiore è l'apertura del telescopio, più luce viene raccolta e quindi più deboli e distanti sono gli oggetti nel cielo notturno che possono essere ripresi. Con la tecnica dell'interferometria della linea di base molto lunga, gli astronomi possono collegare radiotelescopi, distanti tra loro in diversi paesi e continenti, per imitare un singolo telescopio "virtuale" con un'apertura ampia quanto la Terra.
"Registriamo le onde elettromagnetiche nelle singole stazioni [del radiotelescopio], " continua Broderick. "Quindi riportiamo i dati in una posizione centrale e su un computer - noto come correlatore - e ritardiamo quanto tempo impiegherebbe quella luce per tornare al punto focale al momento giusto.
"Più le linee di base [distanza tra gli osservatori] sono l'una dall'altra, più piccola è la scala angolare che riusciamo a vedere."
La dimensione angolare di un oggetto astronomico è la sua dimensione apparente nel cielo dalla nostra prospettiva. Più un oggetto è lontano, minore è la sua dimensione angolare. Combinando molti diversi radiotelescopi, L'interferometria della linea di base molto lunga può consentire agli astronomi di vedere scale angolari più piccole e quindi di immaginare oggetti molto distanti che altrimenti non saremmo in grado di vedere. E la scala angolare dell'EHT è sorprendente; avrà il potere di risolvere qualcosa delle dimensioni di un acino d'uva che giace sulla superficie della luna. Ciò significa che il lontano Sagittarius A* è ancora ben all'interno delle capacità di risoluzione dell'EHT.
È totalmente nel regno delle possibilità che potremmo vedere qualcosa di completamente diverso - e questa è probabilmente la possibilità più eccitante. Avery E. Broderick, Astrofisico teorico e professore associato, Università di WaterlooCombinando e correlando i segnali dei singoli osservatori di tutto il mondo, alcuni con linee di base superiori a 12, 000 miglia (19, 312 chilometri) – non è un compito facile. Ma una volta ottenuto questo, Gli astronomi dell'EHT si aspettano di essere in grado di risolvere un'immagine dell'ombra di Sagittarius A* e di vedere strutture su piccola scala che circondano il buco nero, confermando alcune delle teorie più estreme per la fisica in questo ambiente di forte gravità e, forse, rivelando alcune sorprese lungo la strada.
"Sagittario A* diventerà per noi un laboratorio per capire come sono cresciuti questi colossi, "dice Broderick.
I buchi neri sono ben noti come mangiatori feroci. La loro incredibile gravità attira il materiale locale:polvere, gas e stelle - che viene poi violentemente energizzato e riscaldato in un disco vorticoso, gas caldo. Quindi, col tempo, parte di questo materiale viene assorbito dal buco nero, aumentandone la massa. Però, poiché non siamo stati in grado di vedere direttamente cosa sta succedendo vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, come funziona questo accrescimento è stato un mistero.
Ma quando l'EHT va online, "dovremmo essere in grado di osservare la turbolenza magnetica che pensiamo guidi questo accrescimento, " fa notare Broderick. "Dovremmo essere in grado di guardare i vortici turbolenti [che girano] intorno; un po' come guardare l'acqua turbolenta in un ruscello."
Aspettare, C'è più
Sebbene Sagittarius A* sia certamente il buco nero supermassiccio più vicino (e più conosciuto) alla Terra, è solo metà della storia.
"Ci sono Due (radio) fonti che sono in programma quest'anno – c'è Sagittarius A* e c'è anche M87, " dice Broderick. E il buco nero di M87 è molto diverso da Sagittarius A*.
Sebbene M87 sia circa 2, 000 volte più lontano dalla Terra di Sagittarius A*, è più di 2, 000 volte più massiccio, quindi apparirà nel cielo all'EHT approssimativamente della stessa dimensione angolare. Cosa c'è di più, questo buco nero è noto per essere estremamente attivo, lanciando gas nello spazio quasi alla velocità della luce. Come si formano questi getti è un mistero - dopo tutto, i buchi neri sono più noti per consumare materia, non sputarlo nello spazio!
Gli astronomi hanno quindi un'incredibile opportunità di studiare due buchi neri quest'anno, uno nella Via Lattea e l'altro in una galassia lontana, dando agli astronomi una visione senza precedenti di due oggetti molto diversi.
"È un viaggio di esplorazione, non sai mai VERAMENTE cosa vedrai, questo è ciò che lo rende eccitante, " Broderick dice a HowStuffWorks. "Pensiamo di avere delle idee e ho passato molto tempo a sviluppare modelli per l'EHT ... ea capire cosa possiamo e non possiamo determinare. Ma è totalmente nel regno delle possibilità che potremmo vedere qualcosa di completamente diverso - e questa è probabilmente la possibilità più eccitante".
Ora è fantasticoCosì, quando il mondo vedrà la prima immagine storica di un buco nero? Dovremo essere pazienti. Probabilmente non sarà fino a luglio che un'immagine comincerà a formarsi, e sarà probabilmente la fine del 2017 che vedremo, per la prima volta, l'anello luminoso dell'orizzonte degli eventi di un buco nero.
