Da quando Jon Michell menzionato per la prima volta in una lettera alla Royal Society nel 1783, i buchi neri hanno catturato l'immaginazione degli scienziati, scrittori, registi e altri artisti. Forse parte del fascino è che questi oggetti enigmatici non sono mai stati "visti". Ma ora questo potrebbe essere in procinto di cambiare poiché un team internazionale di astronomi sta collegando un certo numero di telescopi sulla Terra nella speranza di realizzare la prima immagine in assoluto di un buco nero.

I buchi neri sono regioni dello spazio all'interno delle quali l'attrazione gravitazionale è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. La loro esistenza fu predetta matematicamente da Karl Schwarzchild nel 1915, come soluzione di equazioni poste nella teoria della relatività generale di Albert Einstein.

Gli astronomi hanno avuto prove circostanziali per molti decenni che buchi neri supermassicci – da un milione a un miliardo di volte più massicci del nostro sole – si trovano nel cuore di massicce galassie. Questo perché possono vedere l'attrazione gravitazionale che esercitano sulle stelle in orbita attorno al centro galattico. Quando viene sovralimentato con materiale proveniente dall'ambiente galattico circostante, inoltre espellono pennacchi o getti di plasma rilevabili a velocità prossime a quella della luce. L'anno scorso, l'esperimento LIGO ha fornito ancora più prove rilevando le famose increspature nello spazio-tempo causate da due buchi neri di media massa che si sono fusi milioni di anni fa.

Ma mentre ora sappiamo che i buchi neri esistono, domande sulla loro origine, l'evoluzione e l'influenza nell'universo rimangono in prima linea nell'astronomia moderna.

Catturare un piccolo punto nel cielo

Dal 5 al 14 aprile 2017, il team dietro l'Event Horizon Telescope spera di testare le teorie fondamentali della fisica dei buchi neri tentando di acquisire la prima immagine in assoluto dell'orizzonte degli eventi di un buco nero (il punto in cui la teoria prevede che nulla possa sfuggire). Collegando una serie globale di radiotelescopi insieme per formare l'equivalente di un gigantesco telescopio delle dimensioni della Terra, utilizzando una tecnica nota come interferometria della linea di base molto lunga e sintesi dell'apertura terrestre, gli scienziati scruteranno nel cuore della nostra galassia della Via Lattea dove un nero buco che è 4m volte più massiccio del nostro sole – Sagittarius A* – si nasconde.

Gli astronomi sanno che c'è un disco di polvere e gas in orbita attorno al buco nero. Il percorso della luce di questo materiale sarà distorto nel campo gravitazionale del buco nero. Anche la sua luminosità e il colore dovrebbero essere alterati in modi prevedibili. La caratteristica distintiva che gli astronomi sperano di vedere con l'Event Horizon Telescope è una forma a mezzaluna luminosa piuttosto che un disco. E potrebbero persino vedere l'ombra dell'orizzonte degli eventi del buco nero sullo sfondo di questo materiale vorticoso brillantemente brillante.

L'array collega nove stazioni in tutto il mondo:alcuni singoli telescopi, altre collezioni di telescopi – in Antartide, Chile, Hawaii, Spagna, Messico e Arizona. Il "telescopio virtuale" è in sviluppo da molti anni e la tecnologia è stata testata. Però, questi test inizialmente hanno rivelato una sensibilità limitata e una risoluzione angolare insufficiente per sondare fino alle scale necessarie per raggiungere il buco nero. Ma l'aggiunta di nuove serie di telescopi sensibili, tra cui l'Atacama Large Millimeter Array in Cile e il South Pole Telescope, darà alla rete un aumento di potenza tanto necessario. È un po' come mettersi gli occhiali ed essere improvvisamente in grado di vedere entrambi i fari di un'auto in arrivo piuttosto che un singolo raggio di luce.

Il buco nero è una sorgente compatta nel cielo:la sua vista alle lunghezze d'onda ottiche (luce che possiamo vedere) è completamente bloccata da grandi quantità di polvere e gas. Però, telescopi con una risoluzione sufficiente e che operano a lungo, lunghezze d'onda radio millimetriche possono scrutare attraverso questa nebbia cosmica.

La risoluzione di qualsiasi tipo di telescopio - il dettaglio più fine che può essere individuato e misurato - è solitamente indicata come un piccolo angolo corrispondente al rapporto tra le dimensioni di un oggetto e la sua distanza. La dimensione angolare della luna vista dalla Terra è di circa mezzo grado, o 1800 secondi d'arco. Per qualsiasi telescopio, più grande è la sua apertura, più piccolo è il dettaglio che può essere risolto.

La risoluzione di un singolo radiotelescopio (tipicamente con un'apertura di 100 metri) è di circa 60 secondi d'arco. Questo è paragonabile alla risoluzione dell'occhio umano senza aiuto e circa un sessantesimo del diametro apparente della luna piena. Ma collegando molti telescopi, l'Event Horizon Telescope sta per raggiungere una risoluzione di 15-20 microarcosecondi (0, 000015 secondi d'arco), corrispondente a poter spiare un chicco d'uva alla distanza della luna.

Qual è la posta in gioco?

Sebbene la pratica di collegare molti telescopi in questo modo sia ben nota, sfide particolari attendono l'Event Horizon Telescope. I dati registrati in ciascuna stazione della rete verranno spediti a una struttura di elaborazione centrale dove un supercomputer combinerà accuratamente tutti i dati. tempo diverso, le condizioni atmosferiche e del telescopio in ogni sito richiederanno una meticolosa calibrazione dei dati in modo che gli scienziati possano essere sicuri che tutte le caratteristiche che trovano nelle immagini finali non siano artefatti.

Se funziona, l'imaging del materiale all'interno della regione del buco nero con risoluzioni angolari paragonabili a quella del suo orizzonte degli eventi aprirà una nuova era di studi sui buchi neri e risolverà una serie di grandi domande:esistono davvero gli orizzonti degli eventi? La teoria di Einstein funziona in questa regione di gravità estremamente forte o abbiamo bisogno di una nuova teoria per descrivere la gravità così vicina a un buco nero? Anche, come vengono alimentati i buchi neri e come viene espulso il materiale?

Potrebbe anche essere possibile visualizzare i buchi neri al centro delle galassie vicine, come la gigantesca galassia ellittica che si trova nel cuore del nostro locale ammasso di galassie.

In definitiva, la combinazione di teoria matematica e profonda intuizione fisica, collaborazioni scientifiche internazionali globali e notevoli, tenaci progressi a lungo termine nella fisica sperimentale e nell'ingegneria all'avanguardia sembrano destinati a rendere la rivelazione della natura dello spaziotempo una caratteristica distintiva della scienza dell'inizio del 21° secolo.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.