Lo scorso aprile, l'Event Horizon Telescope (EHT) ha suscitato entusiasmo internazionale quando ha svelato la prima immagine di un buco nero. Oggi, un team di ricercatori ha pubblicato nuovi calcoli che prevedono una sottostruttura sorprendente e intricata all'interno delle immagini dei buchi neri dalla flessione della luce gravitazionale estrema.

"L'immagine di un buco nero contiene in realtà una serie di anelli nidificati, " spiega Michael Johnson del Center for Astrophysics, Harvard e Smithsonian (CfA). "Ogni anello successivo ha circa lo stesso diametro ma diventa sempre più nitido perché la sua luce ha orbitato intorno al buco nero più volte prima di raggiungere l'osservatore. Con l'attuale immagine EHT, abbiamo solo intravisto l'intera complessità che dovrebbe emergere nell'immagine di qualsiasi buco nero".

Poiché i buchi neri intrappolano tutti i fotoni che attraversano il loro orizzonte degli eventi, gettano un'ombra sulla loro emissione luminosa circostante dal gas caldo in caduta. Un "anello di fotoni" circonda quest'ombra, prodotta dalla luce che è concentrata dalla forte gravità vicino al buco nero. Questo anello di fotoni porta l'impronta digitale del buco nero:le sue dimensioni e la sua forma codificano la massa e la rotazione o "spin" del buco nero. Con le immagini EHT, i ricercatori sui buchi neri hanno un nuovo strumento per studiare questi oggetti straordinari.

"Questo è un momento estremamente eccitante per pensare alla fisica dei buchi neri, " afferma Daniel Kapec dell'Institute for Advanced Study. "La teoria della relatività generale di Einstein fa una serie di previsioni sorprendenti per i tipi di osservazioni che stanno finalmente arrivando a portata di mano, e penso che possiamo aspettarci molti progressi nei prossimi anni. Come teorico, Trovo particolarmente gratificante la rapida convergenza tra teoria ed esperimento, e spero che possiamo continuare a isolare e osservare previsioni più universali della relatività generale man mano che questi esperimenti diventano più sensibili".

Il team di ricerca includeva astronomi osservativi, fisici teorici, e astrofisici.

"Riunire esperti di diversi campi ci ha permesso di collegare davvero una comprensione teorica dell'anello di fotoni a ciò che è possibile con l'osservazione, " nota George Wong, uno studente laureato in fisica presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Wong ha sviluppato un software per produrre immagini simulate di buchi neri a risoluzioni più elevate rispetto a quelle calcolate in precedenza e per scomporre queste ultime nelle serie previste di sottoimmagini. "Quelli che sono iniziati come classici calcoli con carta e matita ci hanno spinto a spingere le nostre simulazioni a nuovi limiti".

I ricercatori hanno anche scoperto che la sottostruttura dell'immagine del buco nero crea nuove possibilità per osservare i buchi neri. "Ciò che ci ha veramente sorpreso è che mentre i sottoanelli annidati sono quasi impercettibili a occhio nudo sulle immagini, anche immagini perfette, sono segnali forti e chiari per array di telescopi chiamati interferometri, " dice Johnson. "Mentre catturare immagini di buchi neri normalmente richiede molti telescopi distribuiti, i sottoanelli sono perfetti per studiare utilizzando solo due telescopi molto distanti tra loro. Sarebbe sufficiente aggiungere un telescopio spaziale all'EHT".

"La fisica dei buchi neri è sempre stata una bellissima materia con profonde implicazioni teoriche, ma ora è diventata anche una scienza sperimentale, ", afferma Alex Lupsasca della Harvard Society of Fellows. "Come teorico, Sono lieto di poter finalmente raccogliere dati reali su questi oggetti a cui abbiamo pensato in modo astratto per così tanto tempo".

I risultati sono stati pubblicati in Progressi scientifici .