Immagini di ombre sintetiche di Sgr A* per un buco nero di Kerr (riga in alto) e un buco nero dilatato non rotante (riga in basso). In ogni caso il pannello di sinistra si riferisce all'immagine prodotta dalle simulazioni magnetoidrodinamiche generali-relativistiche, mentre il pannello di destra si riferisce all'immagine ricostruita dopo aver considerato realistiche condizioni osservative. Credito:Fromm/Younsi/Mizuno/Rezzolla (Francoforte)
Possiamo distinguere i buchi neri? Astrofisici a Francoforte, l'Istituto Max Planck per la radioastronomia di Bonn, e Nimega, collaborando al progetto BlackHoleCam, rispondere a questa domanda calcolando le prime immagini di buchi neri non einsteiniani che alimentano:attualmente è difficile distinguerli dai buchi neri standard.
I loro risultati sono pubblicati come Advance Online Publication (AOP) sul Astronomia della natura sito web il 16 aprile 2018.
Una delle predizioni fondamentali della teoria della relatività di Einstein è l'esistenza dei buchi neri. Nonostante il recente rilevamento di onde gravitazionali da buchi neri binari da parte di LIGO, la prova diretta che utilizza le onde elettromagnetiche rimane sfuggente e gli astronomi la stanno cercando con i radiotelescopi. Per la prima volta, collaboratori nel progetto finanziato dall'ERC BlackHoleCam, compresi gli astrofisici della Goethe University di Francoforte, Istituto Max Planck per la radioastronomia (MPIfR) Bonn, e Radboud University Nimega, hanno confrontato immagini autoconsistenti e realistiche dell'ombra di un buco nero supermassiccio in crescita – come il candidato buco nero Sagittarius A* (Sgr A*) nel cuore della nostra Galassia – sia nella relatività generale che in una diversa teoria della gravità. L'obiettivo era verificare se i buchi neri einsteiniani possono essere distinti da quelli nelle teorie alternative della gravità.
Non tutti i raggi di luce (o fotoni) prodotti dalla materia che cade su un buco nero sono intrappolati dall'orizzonte degli eventi, una regione dello spaziotempo da cui nulla può sfuggire. Alcuni di questi fotoni raggiungeranno osservatori lontani, in modo che quando si osserva direttamente un buco nero, è prevista una "ombra" sullo sfondo del cielo. La dimensione e la forma di questa ombra dipenderanno dalle proprietà del buco nero e dalla teoria della gravità.
Poiché le maggiori deviazioni dalla teoria della relatività di Einstein sono attese molto vicino all'orizzonte degli eventi, e poiché teorie alternative della gravità fanno previsioni diverse sulle proprietà dell'ombra, le osservazioni dirette di Sgr A* rappresentano un approccio molto promettente per testare la gravità nel regime più forte. Realizzare tali immagini dell'ombra del buco nero è l'obiettivo principale della collaborazione internazionale Event Horizon Telescope (EHTC), che combina i dati radio dei telescopi di tutto il mondo.
Scienziati del team BlackHoleCam in Europa, che fanno parte dell'EHTC, ora sono andati oltre e hanno studiato se è possibile distinguere tra un buco nero "Kerr" dalla gravità di Einstein e un buco nero "dilatato", che è una possibile soluzione di una teoria alternativa della gravità.
I ricercatori hanno studiato l'evoluzione della materia che cade nei due tipi molto diversi di buchi neri e hanno calcolato la radiazione emessa per costruire le immagini. Per di più, le condizioni fisiche della vita reale nei telescopi e nel mezzo interstellare sono state utilizzate per creare immagini fisicamente realistiche. "Per catturare gli effetti di diversi buchi neri abbiamo utilizzato simulazioni realistiche di dischi di accrescimento con configurazioni iniziali quasi identiche. Queste costose simulazioni numeriche hanno utilizzato codici all'avanguardia e diversi mesi sul supercomputer LOEWE dell'Istituto, "dice il dottor Mizuno, autore principale dello studio.
Inoltre, le immagini radio previste hanno ovviamente una risoluzione e una fedeltà dell'immagine limitate. Quando si utilizzano risoluzioni di immagine realistiche, gli scienziati hanno scoperto, con loro sorpresa, che anche i buchi neri altamente non einsteiniani potrebbero camuffarsi da normali buchi neri.
"I nostri risultati mostrano che ci sono teorie della gravità in cui i buchi neri possono mascherarsi da Einstein, quindi potrebbero essere necessarie nuove tecniche di analisi dei dati EHT per distinguerli, " commenta Luciano Rezzolla, professore alla Goethe University e leader del team di Francoforte. "Mentre crediamo che la relatività generale sia corretta, come scienziati dobbiamo essere di mentalità aperta. Per fortuna, osservazioni future e tecniche più avanzate alla fine risolveranno questi dubbi, " conclude Rezzolla.
"Infatti, informazioni indipendenti da una pulsar orbitante, che stiamo attivamente cercando, aiuterà a eliminare queste ambiguità, "dice Michael Kramer, direttore dell'MPI di Radioastronomia di Bonn. Heino Falcke (docente alla Radboud University), che 20 anni fa propose di usare i radiotelescopi per fotografare l'ombra dei buchi neri, è ottimista. "Non c'è dubbio che l'EHT alla fine otterrà una forte evidenza di un'ombra di un buco nero. Questi risultati ci incoraggiano a perfezionare le nostre tecniche oltre l'attuale stato dell'arte e quindi a realizzare immagini ancora più nitide in futuro.
