Al centro della nostra galassia giace un vortice, buco nero supermassiccio che vomita energia chiamato Sagittarius A* o Sgr A*, in breve. Per miliardi di anni, il gas e la polvere circostanti sono caduti al suo interno. ogni 10, 000 anni o giù di lì, ingoia una stella vicina.

Sgr A* (pronunciato Saj-A-star) è il più grande buco nero nel nostro cielo notturno, ma non sappiamo che aspetto abbia da vicino perché non siamo mai stati in grado di fotografarlo.

Questo è vero per tutti i buchi neri.

Sono onnipresenti nel nostro universo, ma sono così piccoli nel cielo, non abbiamo un'immagine dettagliata di nessuno di essi.

Quelle immagini che vedi sul web o nei documentari televisivi sono illustrazioni o simulazioni basate su prove indirette:osservazioni della regione dello spazio attorno al buco nero. Gli scienziati non dubitano dell'esistenza dei buchi neri, ma senza immagine, non possono provarlo con certezza.

Tutto questo potrebbe essere sul punto di cambiare.

Negli ultimi quattro anni, Il professore di astrofisica John Wardle ha lavorato con un team di circa 200 scienziati e ingegneri per creare un'immagine di Sgr A* che sarebbe la nostra prima immagine in assoluto di un buco nero. L'iniziativa, chiamato Event Horizon Telescope (EHT), ha terminato la raccolta dei dati nell'aprile 2017. I ricercatori li stanno attualmente analizzando.

A seconda dei risultati, l'immagine che producono di Sgr A* può assomigliare a una di queste:

Potrebbe non sembrare molto, ma generare questa immagine approssimativa di Sgr A* è l'equivalente di leggere un titolo di giornale sulla luna stando in piedi sulla Terra.

Infatti, è abbastanza buono per rispondere ad alcune delle nostre più grandi domande senza risposta su uno dei fenomeni più misteriosi dell'universo:che aspetto hanno la luce e la materia mentre cadono verso un buco nero? Di cosa sono fatti i flussi di energia che fuoriescono dai buchi neri? Che ruolo hanno avuto i buchi neri nella formazione delle galassie?

Anche se è improbabile, i risultati dell'EHT potrebbero persino richiedere aggiustamenti alla teoria della relatività generale di Einstein.

Ma prima di arrivare a sapere se uno dei più grandi scienziati mai vissuti non ha capito bene, dobbiamo iniziare con le basi.

I fatti

I buchi neri si verificano in genere quando una stella molto massiccia brucia attraverso il suo combustibile nucleare e collassa cataclismamente in un punto incredibilmente denso, o singolarità.

Quando il gas, stelle e altra materia si avvicinano abbastanza al buco nero, sono attratti verso l'orizzonte degli eventi del buco nero, un guscio immaginario intorno alla singolarità. Nulla che oltrepassi la soglia dell'orizzonte degli eventi può sfuggire all'attrazione gravitazionale del buco nero. E mentre la materia cade, il buco nero diventa più massiccio e l'orizzonte degli eventi si espande.

Si scopre che i buchi neri sono ovunque. Quelli supermassicci si trovano al centro della maggior parte delle galassie. I buchi neri meno massicci sono molto più comuni. La nostra galassia, la via Lattea, probabilmente ha circa 100 milioni di buchi neri, anche se ne abbiamo identificate solo poche dozzine.

Quanto a Sgr A*, sono circa 26, 000 anni luce di distanza dalla Terra con una massa quattro milioni di volte quella del sole. Questo lo rende "smidollato" rispetto ad altri buchi neri supermassicci, dice Wardle. L'altro buco nero supermassiccio studiato dall'EHT, Messier 87 (M87) al centro dell'ammasso della Vergine, ha una massa di quasi sette miliardi di volte quella del sole.

L'EHT ha scelto Sgr A* e M87 perché sono i più grandi buchi neri supermassicci se visti dalla Terra. Sono i candidati allo studio più facili e accessibili.

Ma come possiamo fotografare un buco nero quando è nero?

Buon punto. Infatti, i buchi neri sono neri come l'oscurità dello spazio. Ogni luce che entra non sfugge mai.

Ma intorno a un buco nero, c'è luce da un vortice luminoso di materia surriscaldata che deve ancora cadere nel buco nero. Quando la luce passa vicino all'orizzonte degli eventi, si piega e viene distorto dalla forza di gravità del buco nero.

Questa lente della luce delinea una regione scura chiamata l'ombra del buco nero. La dimensione dell'ombra dovrebbe essere due volte e mezzo la dimensione dell'orizzonte degli eventi. La dimensione dell'orizzonte degli eventi è proporzionale alla massa del buco nero. Per Sgr A* si tratta di circa 15 milioni di miglia di diametro. E il diametro di M87, l'altro buco nero che l'EHT sta studiando, è mille volte più grande di quello.

Ottieni l'immagine:studiando l'ombra del buco nero, i ricercatori dell'EHT possono capire un sacco di cose sul buco nero.

Quindi tecnicamente parlando, gli scienziati dell'EHT non produrranno l'immagine di un buco nero. Useranno le informazioni sull'ombra per dedurre informazioni sul buco nero.

Ma dal momento che l'immagine di un buco nero non è un'opzione (almeno non al momento), gli scienziati considerano un'immagine dell'ombra una prova conclusiva dell'esistenza di un buco nero.

Entra John Wardle.

Quando Wardle iniziò a dedicarsi all'astrofisica alla fine degli anni '60 analizzando le onde radio emesse dalle galassie, "I buchi neri erano solo una curiosità che può essere esistita o meno, " ha detto. "Erano un campo un po' poco raccomandabile per un astronomo in cui trovarsi".

Ma qualche anno dopo, il campo è esploso, e poiché i buchi neri alimentano getti energetici che emettono onde radio, ha naturalmente gravitato nella loro direzione (nessun gioco di parole previsto).

Come parte del Brandeis Radio Astronomy Group, Wardle studia "galassie attive, " un tipo relativamente raro di galassia super luminosa con buchi neri supermassicci al centro.

Il network

Sgr A* è così piccolo nel cielo che non abbiamo un solo telescopio sulla Terra in grado di vederlo in modo abbastanza dettagliato da creare una foto ad alta risoluzione.

Gli scienziati dell'EHT hanno superato questo problema collegando in rete sette telescopi in tutto il mondo utilizzando una tecnica chiamata interferometria a linea di base molto lunga (VLBI). Il risultato fu un "telescopio virtuale" con il potere risolutivo di un telescopio delle dimensioni del diametro della Terra.

Per una settimana ad aprile del 2017, tutti e sette i telescopi EHT registravano segnali da Sgr A*. Sette orologi atomici registravano l'ora di arrivo dei segnali a ciascun telescopio.

La natura dei segnali e il momento in cui arrivano a ciascun telescopio consentirà agli scienziati di lavorare a ritroso per costruire un'immagine di Sgr A*. Questo richiederà un po' di tempo per essere completato. I telescopi EHT hanno raccolto dati sufficienti per riempire 10, 000 laptop.

Grandi getti

Wardle è particolarmente interessato a saperne di più sui massicci getti di energia che fluiscono dai buchi neri.

I getti si formano quando la materia al di fuori di un buco nero si riscalda a miliardi di gradi. Gira intorno a quello che viene chiamato il disco di accrescimento. Parte di essa passa il punto di non ritorno, l'orizzonte degli eventi, ed entra nel buco nero.

Ma i buchi neri sono mangiatori disordinati. Parte della materia verrà espulsa sotto forma di getti strettamente focalizzati (collimati). I getti viaggiano a una velocità prossima alla luce per decine di migliaia di anni luce.

E' possibile che non ci siano jet provenienti da Sgr *A. Non è stato molto attivo negli ultimi decenni.

Ma se i jet esistono, i telescopi dell'EHT avranno captato i loro segnali radio. Quindi l'equipaggio dell'EHT può utilizzare le informazioni per cercare di rispondere a quelle che secondo Wardle sono le grandi domande senza risposta sui jet:

Di cosa sono fatti, elettroni e positroni, elettroni e protoni, o campi elettromagnetici?

• Come iniziano?
• Come fanno ad accelerare quasi alla velocità della luce?
• Come fanno a rimanere ben concentrati?

E adesso, finalmente, arriviamo a Einstein

Fino a poco tempo fa, prove a sostegno della teoria della relatività generale (GR) sono venute dalle osservazioni del nostro sistema solare. Ma le condizioni nel nostro piccolo granello di universo sono piuttosto miti. Le condizioni estreme che si trovano vicino a un buco nero metteranno il GR alla prova definitiva.

La GR dovrebbe descrivere accuratamente come la luce si piega mentre la massiccia attrazione gravitazionale del buco nero curva lo spaziotempo e attira tutto verso di sé. I dati raccolti da EHT forniranno misurazioni di questo fenomeno che possono essere confrontate con le previsioni di Einstein.

Le formule di GR suggeriscono anche che l'ombra proiettata dal disco di accrescimento attorno a Sgr A* sarà quasi circolare. Se risulta avere la forma di un uovo, ci dirà che c'è qualcosa che non va anche su GR.

Wardle pensa che GR resisterà ai test. Ancora, c'è sempre la possibilità che GR "potrebbe dover essere regolato, " ha detto. "Allora saremo in una camicia di forza severa perché non puoi apportare modifiche che rovinano tutti gli altri bit che funzionano. Sarebbe molto eccitante".