{"id":6949,"date":"2018-10-10T17:38:13","date_gmt":"2018-10-10T15:38:13","guid":{"rendered":"http:\/\/www.media.inaf.it\/2018\/10\/09\/foto-del-secolo\/"},"modified":"2018-10-10T17:39:59","modified_gmt":"2018-10-10T15:39:59","slug":"fotografia-del-buco-nero-non-prima-del-2019-media-inaf","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=6949","title":{"rendered":"Fotografia del buco nero? Non prima del 2019 | MEDIA INAF"},"content":{"rendered":"

\u00c8 stata soprannominata la \u201cfoto del secolo\u201d. Dopo oltre un anno di analisi dati, di verifiche e controlli di qualit\u00e0, i dati relativi a Sagittarius A* e M87 sono ora in mano a quattro gruppi indipendenti di astronomi incaricati di elaborare le prime immagini. Come sta procedendo il lavoro? Media Inaf lo ha chiesto a Sara Issaoun, ricercatrice del team olandese del progetto Event Horizon Telescope<\/strong><\/em><\/p>\n

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L\u2019immagine illustra una simulazione numerica tridimensionale relativa al moto del gas magnetizzato che ruota attorno a Sagittarius A* emettendo onde radio in banda millimetrica, generata mediante il programma Raptor, sviluppato presso l\u2019Universit\u00e0 di Radboud. Si nota come viene piegata e assorbita la luce dal buco nero. Crediti: T. Bronzwaer, J. Davelaar, M. Moscibrodzka e H. Falcke\/Radboud University<\/p>\n<\/div>\n

Lo scorso anno, dopo pi\u00f9 di un decennio di preparazione, astronomi appartenenti a diversi istituti sparsi in America, Europa e Asia, hanno condotto osservazioni epocali con un gigantesco telescopio, virtualmente delle dimensioni della Terra, allo scopo di ottenere la prima immagine del buco nero al centro della Via Lattea, o almeno della sua ombra: stiamo parlando dell\u2019Event Horizon Telescope<\/a> (Eht)<\/strong>. I primi risultati, attesi agli inizi del 2019, permetteranno, si spera, di verificare o meno le predizioni della relativit\u00e0 generale e di avere preziosi indizi sulle regioni pi\u00f9 interne dei buchi neri supermassivi, sui processi di accrescimento e formazione dei getti relativistici e sulla dinamica del plasma in ambienti estremi.<\/p>\n

Una delle tante sfide di questo particolare esperimento \u00e8 data dal fatto che i buchi neri non sono veri e propri \u201coggetti\u201d fisici, cos\u00ec come potremmo pensare: essi sono fatti di gravit\u00e0. Un buco nero viene di solito definito come una regione dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, pu\u00f2 sfuggire. Ma ci\u00f2 che forse meglio li caratterizza \u00e8 il suo \u201cconfine\u201d, ossia l\u2019orizzonte degli eventi, una sorta di uscita dall\u2019universo ad una sola via. Perci\u00f2, se si attraversasse l\u2019orizzonte degli eventi, non si noterebbe nulla, non ci sarebbe alcuna turbolenza. Tuttavia, non si ritornerebbe pi\u00f9 indietro. Ed \u00e8 proprio questo aspetto che rende \u201cinvisibili\u201d i buchi neri.<\/p>\n

La domanda \u00e8: c\u2019\u00e8 modo di intravedere almeno l\u2019ombra<\/em> di un buco nero? Verso la fine degli anni Novanta, motivati dalla nascita di una nuova generazione di radiotelescopi, tre astrofisici, Heino Falcke, Fulvio Melia e Eric Agol, decisero di affrontare il problema per capire se fosse possibile vedere la silhouette<\/em> di Sagittarius A*, il buco nero supermassivo che risiede al centro della Via Lattea.<\/p>\n

Dopo una serie di calcoli, gli scienziati ricavarono alcuni modelli che prevedevano come si sarebbe propagata la luce nello spaziotempo fortemente distorto attorno al buco nero e conclusero che \u2013 con un insieme di radiotelescopi estremamente distanziati sulla superficie della Terra \u2013 osservazioni simultanee di Sagittarius A* nella banda radio, ad alta frequenza, avrebbero permesso di \u201cvedere\u201d un disco scuro almeno dieci volte pi\u00f9 grande rispetto alle dimensioni dell\u2019orizzonte degli eventi. I raggi luminosi sarebbero stati intrappolati all\u2019estremit\u00e0 di questo disco, disegnando una serie di anelli luminosi e brillanti, e all\u2019interno di questi il buio pi\u00f9 completo. In questo modo, Sagittarius A* avrebbe prodotto la sua ombra visibile dalla Terra.<\/p>\n

Ma per realizzare la \u201cfoto\u201d di un buco nero, occorre la collaborazione di decine di persone che abbiano la giusta esperienza e siano disposte a trascorrere anni di lavoro estenuante e soggiorni spesso non molto confortevoli presso remote localit\u00e0 in cui si trovano gli osservatori. Quella di Eht \u00e8 stata una sfida teorica e ingegneristica, all\u2019inseguimento di un\u2019immagine che alla fine potrebbe rivelarsi impossibile da ottenere.<\/p>\n

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Sara Issaoun presso il telescopio Smt<\/p>\n<\/div>\n

Per saperne di pi\u00f9, Media Inaf<\/em> ha raggiunto Sara Issaoun<\/strong>, studentessa di dottorato al secondo anno sotto la supervisione di Heino Falcke alla Radboud University di Nijmegen, Olanda, e predoctoral fellow<\/em> allo Smithsonian Astrophysical Observatory dell\u2019Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. \u00abFaccio parte del progetto Eht da tre anni e il mio contributo riguarda le osservazioni e il monitoraggio delle operazioni presso il Sub-Millimeter Telescope (Smt, in collaborazione con l\u2019Universit\u00e0 dell\u2019Arizona\u00bb, dice Issaoun. \u00abInoltre, lavoro al monitoraggio delle prestazioni del telescopio, alla calibrazione ed elaborazione dati. In particolare, la mia tesi di dottorato si basa principalmente sulle osservazioni di Sagittarius A* alla frequenza di 86 GHZ (3 mm), un lavoro complementare a quello che ruota attorno all\u2019esperimento Eht\u00bb.<\/p>\n

\u00abSagittarius A* \u00e8 una regione del centro galattico molto attiva e affollata\u00bb, spiega Issaoun. \u00abPer poter guardare attraverso il gas e le polveri interposte tra noi e il buco nero, dobbiamo utilizzare una frequenza elevata (230 GHz). Anche se Sagittarius A* rappresenta il buco nero che sottende la dimensione angolare pi\u00f9 grande, esso risulta ancora molto piccolo. Per scrutarlo, abbiamo bisogno di un potere esplorativo molto elevato, un po\u2019 come vedere una mela sulla superficie della Luna a occhio nudo. Per far questo, gli astronomi devono ricorrere alla tecnica dell\u2019interferometria radio a lunghissima linea di base o Vlbi. In altre parole, si collegano diversi radiotelescopi sparsi sul globo attraverso sistemi di registrazione simultanei che fanno uso di orologi atomici incredibilmente accurati. La distanza pi\u00f9 grande tra due antenne definisce il potere esplorativo dell\u2019insieme delle antenne. Nel caso di Eht, questa distanza ha le dimensioni della Terra, il che ci permette di esplorare il centro galattico e possibilmente di risolvere Sagittarius A*\u00bb.<\/p>\n

\u00abDato che osserviamo ad alta frequenza\u00bb, continua Issaoun, \u00abci sono pochissimi siti sulla Terra in cui le condizioni meteo sono ottimali, perci\u00f2 sfruttiamo la rotazione del pianeta per completare la dimensione virtuale del telescopio e recuperare gran parte dei dati per realizzare l\u2019immagine radio: questo significa osservare per tante ore, combinare diversi giorni di osservazioni e registrare un grosso volume di dati. Ad ogni modo, anche con l\u2019ausilio della rotazione terrestre non siamo in grado di completare il \u2018campo visivo\u2019, di conseguenza dobbiamo utilizzare nuove tecniche di elaborazione di immagini astronomiche per compensare la scarsit\u00e0 della nostra copertura osservativa\u00bb.<\/p>\n

Per cinque notti, nel corso di dieci giorni, diversi gruppi di ricercatori dislocati in Francia, Messico, Cile, Arizona, Hawaii e Polo Sud hanno osservato Sagittarius A*, fortunatamente senza particolari problemi meteo o tecnici. Al termine del ciclo inaugurale di osservazioni, conclusosi l\u201911 aprile 2017, sono stati raccolti pi\u00f9 di 65 ore di dati. I dati registrati su dischi rigidi sono stati successivamente spediti da ciascuna delle 8 stazioni all\u2019Osservatorio Haystack e al Max Planck Institute for Radio Astronomy per eseguire la loro correlazione.<\/p>\n

Dopo pi\u00f9 di un anno di verifiche e controlli di qualit\u00e0 condotti in gran segreto, i ricercatori hanno consegnato i dati finali di Sagittarius A* e M87 a quattro gruppi di astronomi incaricati di elaborare le immagini. Ma c\u2019\u00e8 un ostacolo da affrontare. Se Eht fosse un singolo strumento delle dimensioni della Terra, creare delle immagini radio sarebbe immediato. Ma dato che Eht consiste di pochi elementi sparsi sul globo in rotazione, qualsiasi insieme di dati potrebbe essere spiegato da un numero infinito di possibili immagini.<\/p>\n

Dunque, per essere certi di ottenere risultati consistenti, sono stati introdotti tutta una serie di controlli nel processo di elaborazione dei dati: ecco spiegata la necessit\u00e0 di avere quattro gruppi separati e indipendenti. Inoltre, per evitare qualsiasi effetto di contaminazione, cio\u00e8 per far s\u00ec che nessuno avesse potuto influenzare casualmente un altro gruppo nel vedere qualcosa che non fosse realmente vera, i ricercatori hanno lavorato in isolamento, producendo immagini mediante algoritmi e tecniche differenti, cercando di eliminare qualsiasi cosa che sembrasse troppo nitida, troppo pulita o che potesse assomigliare a ci\u00f2 che si desiderasse ottenere.<\/p>\n

\u00abAl momento, siamo ancora nella fase di analisi dati ed elaborazione delle immagini. Eht \u00e8 un esperimento osservativo, perci\u00f2 lavorare sui dati corretti rappresenta la parte pi\u00f9 importante del nostro lavoro e quella che richiede pi\u00f9 tempo\u00bb, dice Issaoun. \u00abIl progetto Eht esiste da oltre un decennio, ma solo nell\u2019aprile del 2017 nuovi radiotelescopi sono entrati a far parte dell\u2019esperimento nel primo tentativo di ottenere l\u2019immagine di un buco nero. Ci\u00f2 ha richiesto molto tempo per poter spedire tutti i dati (specialmente quelli del Polo Sud, rimasto chiuso durante l\u2019inverno), correlarli, verificarli, analizzarli e interpretarli. Ad oggi non abbiamo una data precisa sulla pubblicazione dei risultati. C\u2019\u00e8 da dire che non esiste altro esperimento analogo che potrebbe riprodurre i nostri risultati in maniera indipendente, perci\u00f2 dobbiamo essere molto cauti e critici verso noi stessi prima che qualsiasi risultato venga pubblicato. Capiamo quanto sia curioso il pubblico e tutti stiamo lavorando duro per produrre risultati che siano consistenti con le nostre attese. Ma abbiamo bisogno di tempo per fare bene le cose\u00bb.<\/p>\n

Gli scienziati hanno trascorso anni creando modelli matematici e simulazioni numeriche che predicono come dovrebbe apparire Sagittarius A*. Secondo la teoria della relativit\u00e0 generale, ci si aspetta un\u2019ombra circolare in cui si vede orbitare una struttura asimmetrica di materiale supercaldo (blob<\/em>). Se i risultati di Eht confermeranno queste predizioni, ci\u00f2 significher\u00e0 che Einstein aveva compreso la struttura dello spaziotempo gi\u00e0 pi\u00f9 di un secolo fa. In caso contrario, se non ci sar\u00e0 alcuna ombra prodotta dal buco nero, le cose diventeranno ancora pi\u00f9 interessanti. Qualsiasi deviazione dalla relativit\u00e0 generale potrebbe implicare che le equazioni di Einstein siano solo approssimazioni di qualche legge fisica pi\u00f9 profonda.<\/p>\n

\u00abDalle precedenti osservazioni sappiamo che alla frequenza di 230 GHz la sorgente radio Sagittarius A* sottende una regione celeste di circa 50 microsecondi d\u2019arco ed \u00e8 quasi sempre asimmetrica\u00bb, fa notare Issaoun. \u00abQuesto vuol dire che un lato della sorgente radio appare differente dall\u2019altro. Secondo la nostra interpretazione teorica, l\u2019emissione radio a 230 GHz proviene da plasma caldo che circonda il buco nero, molto prossimo all\u2019orizzonte degli eventi di Sagittarius A*. L\u2019asimmetria \u00e8 dovuta ad un effetto relativistico (doppler-boosting<\/em>) del disco di accrescimento: il plasma appare pi\u00f9 brillante man mano che si muove lungo la linea di vista dell\u2019osservatore e pi\u00f9 debole nel caso opposto. Nonostante Eht abbia un potere esplorativo elevato, non \u00e8 cos\u00ec semplice risolvere Sagittarius A*. Sappiamo che la sorgente radio varia su tempi scala di alcuni minuti ed \u00e8 offuscata dalla polvere interstellare del piano galattico. Una sola campagna osservativa potrebbe non bastare, perci\u00f2 potrebbero essere necessari alcuni anni prima di ottenere un\u2019immagine pi\u00f9 chiara e nitida dell\u2019ombra di Sagittarius A*\u00bb.<\/p>\n

\u00abLa forma dell\u2019ombra di Sagittarius A* ci permetter\u00e0 di determinare la rotazione del buco nero e forse di discriminare tra diverse teorie della gravit\u00e0 che predicono geometrie differenti\u00bb, dice Issaoun. \u00abAvendo a disposizione un\u2019immagine ben definita di Sagittarius A*, potremo essere in grado di affermare se la relativit\u00e0 generale sia corretta o se invece viene meno in prossimit\u00e0 di questi ambienti estremi. Al di l\u00e0 di questo, si spera che i risultati di Eht ci forniscano nuovi indizi sulle regioni pi\u00f9 interne dei buchi neri supermassivi, sui processi di accrescimento e formazione dei getti relativistici e sulla dinamica del plasma in ambienti estremi\u00bb.<\/p>\n

Quello che \u00e8 certo \u00e8 che entro i prossimi mesi gli astronomi termineranno l\u2019analisi dei dati e l\u2019elaborazione delle immagini. Poi invieranno i loro risultati a un giornale scientifico per la revisione tra pari (peer review<\/em>). Se tutto andr\u00e0 a buon fine, i risultati saranno pubblicati e allora il pubblico vedr\u00e0 finalmente qualcosa<\/em>. Pu\u00f2 darsi, per\u00f2, che ci si trover\u00e0 di fronte a due scenari: uno in cui avremo a che fare con un\u2019immagine inconfondibile dell\u2019ombra del buco nero e un altro in cui l\u2019immagine potrebbe essere non chiara, oppure confusa, soggetta a diverse interpretazioni.<\/p>\n

Infine, c\u2019\u00e8 anche l\u2019ipotesi che potremmo rivelare qualcosa di completamente inatteso, del resto nessuno ha mai visto un buco nero. Insomma, neanche un\u2019immagine chiara e definita dell\u2019ombra di Sagittarius A* rappresenter\u00e0 la fine della storia. Ma anche se nessuno concorder\u00e0 subito su ci\u00f2 che potr\u00e0 dirci la prima foto di un buco nero, essa comunque segner\u00e0 l\u2019inizio di una nuova era nella corsa verso la comprensione di ci\u00f2 che accade in questi luoghi oscuri dove finisce lo spazio e il tempo.<\/p>\n<\/div>\n

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