Il buco nero M87 e il progetto Event Horizon Telescope

Com'è stato possibile "fotografare" per la prima volta un buco nero? E cosa c'è dietro a quell'immagine apparentemente scarna e sfocata, mostrata al mondo il 10 aprile di quest'anno? Partiamo dall'Event Horizon Telescope (EHT): si tratta di un telescopio virtuale che, mettendo in collegamento diversi radiotelescopi sparsi sul tutto il globo, e sfruttando la tecnica detta Very Long Baseline Interferometry, oltre che la rotazione terrestre, ha reso possibile effettuare osservazioni con un potere risolutivo pari a quello di uno strumento del diametro del nostro pianeta. Sarebbe altrimenti stata necessaria, per guardare così lontano, una lente grande quanto la Terra! Questo però ci permette di osservare solo "strisce" di cosmo: il resto - come spiegato in questo video di quasi 3 anni fa dall'ormai famosa Katie Bouman, uno dei volti di questa scoperta - viene ottenuto mediante l'utilizzo di algoritmi di selezione e reti neurali che valutano l'aspetto delle zone indefinite e ricostruiscono il risultato finale in base all'enorme quantità di dati raccolti.

Quello che abbiamo visto, insomma, è stato un vero e proprio "miracolo", non tanto della tecnologia quanto dell'ingegno umano. Specialmente, se si pensa che un buco nero è per sua stessa definizione invisibile: si tratta infatti di un oggetto prodotto da un inarrestabile collasso gravitazionale, che ha prodotto un vero e proprio "mostro", così denso e compatto che neppure la luce è in grado di sfuggire alla sua forza di gravità. Il punto di non ritorno, comunemente definito orizzonte degli eventi il cui funzionamento ho spiegato nel mio precedente post "La prima vera immagine di un buco nero", è quel limite oltre il quale non è più possibile tornare indietro, né per la materia né per la luce né per i segnali radio, e in cui le leggi fisiche che conosciamo non hanno più senso. Tuttavia le previsioni teoriche, basate sulla Relatività Generale di Albert Einstein, ci dicevano che ad un'osservazione diretta, un buco nero dovrebbe apparirci come un disco scuro, una sorta di zona d'ombra, circondata da un anello luminoso asimmetrico. Negli ultimi anni numerose simulazioni avevano indirettamente confermato queste previsioni, e su di esse era basata anche la rappresentazione del buco nero mostrata nel famoso film Interstellar, della cui origine ho parlato nell'articolo "Gargantua esiste davvero?". L'anello che circonda la zona d'ombra è generato da un effetto di lensing gravitazionale che il buco nero genera sui fotoni che si avvicinano all'orizzonte degli eventi, deformandoli e facendo apparire la singolarità come più grande di 2,6 volte circa. Per fortuna, il plasma incandescente che ruota velocissimo intorno ad esso è visibile, e sepppur distorto ci permette di vedere il buco nero tracciandone il confine più esterno.

I buchi neri quindi esistono, mentre fino a poco fa erano "solo" un costrutto teorico - anzi, più costrutti, spiegati da più teorie diverse. Finora tutte le conferme sperimentali erano indirette, ma mancava un'osservazione diretta di tale oggetto. Ipotesi alternative, come gravastar, stelle di bosoni, singolarità nude, ponti di Einstein-Rosen, e così via, non sono compatibili con l'osservazione effettuata da EHT: in questo modo, si accantonano le teorie rivelatesi non valide. E' un grandissimo passo in avanti. Abbiamo la prova che Einstein aveva ragione, e che la Relatività Generale funziona, in quanto le previsioni teoriche effettuate utilizzando tale teoria sono state poi puntualmente verificate. Ed è stato fatto esattamente un secolo dopo che un altro disco nero, questa volta legato a un'eclissi solare, ci ha permesso di ottenere la prima conferma sperimentale della teoria della Relatività Generale: era il 1919 e, grazie a quell'eclissi, l'astronomo britannico Arthur Eddington ha potuto dimostrare che la luce si piega in presenza di una massa, proprio come aveva previsto Einstein. L'esistenza dei buchi neri, oggi, è fondamentale per le teorie di unificazione tra Relatività Generale e Meccanica Quantistica, proposte negli anni da scienziati come Stephen Hawking e Roger Penrose.

C'è da considerare anche un altro aspetto. Questa immagine non è esattamente come quella che possiamo scattare, ad esempio, alla Luna o ad altri corpi celesti vicino a noi: vediamo il buco nero di M87 non com'è adesso, ma com'era 55 milioni di anni fa, vale a dire il tempo che ci ha messo la sua luce a raggiungerci! Inoltre, data la natura dell'oggetto, in un sol colpo ne vediamo anche il retro, a prescindere dalla direzione in cui lo osserviamo, per via del modo in cui i fotoni del suo anello interno vengono distorti.

I buchi neri come quello fotografato al centro di M87 hanno avuto un ruolo importante nell'origine e nell'evoluzione delle galassie: sono autentici centri di gravità - per parafrasare la celebre canzone di Franco Battiato - che contribuiscono a stabilizzare e a plasmare la struttura dello spazio-tempo circostante, e il sistema di oggetti celesti che orbita loro interno. Ma non vale solo per M87: anche la Via Lattea ha al centro un proprio buco nero, con una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole. E' Sagittarius A*, e gli scienziati di EHT hanno già puntato la loro rete globale di radiotelescopi nella sua direzione, per fotografarlo. Perfezionando ulteriormente l'attuale tecnica, ora che è stata collaudata, la loro intenzione è quella di provare a realizzare un catalogo dei buchi neri presenti del cosmo: ad esempio, quelli vicino alle pulsar - stelle di neutroni rotanti che emettono radiazioni in modo regolare - che potranno essere usati come "timer" per raccontare come cambia la struttura di una galassia intorno a un buco nero, ricostruendone l'origine e l’evoluzione nel tempo. Un progetto ambizioso, che vedrà la luce fra molto tempo: ma dati i risultati del 10 aprile, sono molto ottimista.

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