Gli astronomi hanno svelato la prima immagine del buco nero supermassiccio ubicato al centro della nostra galassia, la Via Lattea. Questo risultato fornisce prove schiaccianti che l’oggetto sia davvero un buco nero e fornisce preziosi indizi sul funzionamento di tali giganti, che si pensa risiedano al centro della maggior parte delle galassie. L’immagine è stata prodotta da un team di ricerca globale chiamato Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, utilizzando le osservazioni di una rete mondiale di radiotelescopi:
- Prosegue dopo la pubblicità -
L’immagine è uno sguardo a lungo atteso sull’enorme oggetto che si trova proprio al centro della nostra galassia. Gli scienziati avevano già visto stelle in orbita attorno a qualcosa di invisibile, compatto e molto massiccio al centro della Via Lattea. Ciò suggerisce fortemente che questo oggetto – noto come Sagittario A* (Sgr A*, pronunciato “sadge-ay-star”) – sia un buco nero e l’immagine odierna ne fornisce la prima prova visiva diretta. Anche se non possiamo vedere il buco nero stesso, poiché è completamente scuro, il gas incandescente attorno ad esso rivela una firma rivelatrice: una regione centrale scura (chiamata “ombra”) circondata da una struttura ad anello brillante. La nuova vista cattura la luce piegata dalla potente gravità del buco nero, che è quattro milioni di volte più massiccio del nostro Sole.
- Prosegue dopo la pubblicità -
“Siamo rimasti sbalorditi dal modo in cui le dimensioni dell’anello concordavano con le previsioni della teoria della relatività generale di Einstein”, ha affermato lo scienziato del progetto EHT Geoffrey Bower dell’Istituto di astronomia e astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Queste osservazioni senza precedenti hanno notevolmente migliorato il nostro capire cosa succede al centro della nostra galassia e offrire nuove informazioni su come questi giganteschi buchi neri interagiscono con l’ambiente circostante”. I risultati del team EHT sono stati pubblicati oggi in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters. Poiché il buco nero si trova a circa 27.000 anni luce dalla Terra, ci sembra avere all’incirca le stesse dimensioni nel cielo di una ciambella sulla Luna. Per immaginarlo, il team ha creato il potente EHT, che ha collegato insieme otto radio osservatori esistenti in tutto il pianeta per formare un unico telescopio virtuale “delle dimensioni della Terra“. L’EHT ha osservato Sgr A* per più notti, raccogliendo dati per molte ore di seguito, in modo simile all’utilizzo di un lungo tempo di esposizione su una fotocamera. La svolta segue il rilascio della collaborazione EHT nel 2019 della prima immagine di un buco nero, chiamato M87*, al centro della più lontana galassia Messier 87.
I due buchi neri sembrano notevolmente simili, anche se il buco nero della nostra galassia è più di mille volte più piccolo e meno massiccio di M87. “Abbiamo due tipi completamente diversi di galassie e due masse di buchi neri molto diverse, ma vicino al bordo di questi buchi neri sembrano sorprendentemente simili”, afferma Sera Markoff, copresidente dell’EHT Science Council e professore di astrofisica teorica all’Università di Amsterdam, Paesi Bassi. “Questo ci dice che la Relatività Generale governa questi oggetti da vicino, e qualsiasi differenza che vediamo più lontano deve essere dovuta a differenze nel materiale che circonda i buchi neri”.
- Prosegue dopo la pubblicità -
Questo traguardo è stato notevolmente più difficile che per M87*, anche se Sgr A è molto più vicino a noi. Lo scienziato EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, dell’Osservatorio Steward e del Dipartimento di Astronomia e del Data Science Institute dell’Università dell’Arizona, negli Stati Uniti, spiega: “Il gas in prossimità dei buchi neri si muove alla stessa velocità — veloce quasi come la luce, attorno a Sgr A* e M87*. Ma mentre il gas impiega giorni o settimane per orbitare attorno al più grande M87*, nel molto più piccolo Sgr A* completa un’orbita in pochi minuti. Ciò significa che la luminosità e la configurazione del gas attorno a Sgr A* stavano cambiando rapidamente mentre la collaborazione EHT lo osservava, un po’ come cercare di scattare una foto nitida di un cucciolo che si insegue rapidamente la coda”. I ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi strumenti sofisticati che spiegassero il movimento del gas attorno a Sgr A*. Mentre M87* era un obiettivo più facile e stabile, con quasi tutte le immagini che sembravano uguali, non era il caso di Sgr A*. L’immagine del buco nero di Sgr A* è una media delle diverse immagini estratte dal team, rivelando finalmente per la prima volta il gigante in agguato al centro della nostra galassia.
- Prosegue dopo la pubblicità -
Lo sforzo è stato possibile grazie all’ingegno di oltre 300 ricercatori provenienti da 80 istituti di tutto il mondo che insieme costituiscono la EHT Collaboration. Oltre a sviluppare strumenti complessi per superare le sfide dell’imaging di Sgr A*, il team ha lavorato rigorosamente per cinque anni, utilizzando supercomputer per combinare e analizzare i propri dati, il tutto compilando una libreria senza precedenti di buchi neri simulati da confrontare con le osservazioni. Gli scienziati sono particolarmente entusiasti di avere finalmente le immagini di due buchi neri di dimensioni molto diverse, il che offre l’opportunità di capire come si confrontano e contrastano. Hanno anche iniziato a utilizzare i nuovi dati per testare teorie e modelli su come si comporta il gas attorno ai buchi neri supermassicci. Questo processo non è ancora completamente compreso, ma si ritiene che svolga un ruolo chiave nel plasmare la formazione e l’evoluzione delle galassie.
“Ora possiamo studiare le differenze tra questi due buchi neri supermassicci per ottenere nuovi preziosi indizi su come funziona questo importante processo”, ha affermato lo scienziato EHT Keiichi Asada dell’Istituto di Astronomia e Astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Abbiamo immagini per due buchi neri – uno all’estremità grande e uno all’estremità piccola dei buchi neri supermassicci nell’Universo – quindi possiamo andare molto oltre nel testare come si comporta la gravità in questi ambienti estremi che mai”. I progressi sull’EHT continuano: un’importante campagna di osservazione nel marzo 2022 ha incluso più telescopi che mai. La continua espansione della rete EHT e significativi aggiornamenti tecnologici consentiranno agli scienziati di condividere immagini ancora più impressionanti e filmati di buchi neri nel prossimo futuro.
- Prosegue dopo la pubblicità -
Sagittario A*: i telescopi della NASA supportano il telescopio Event Horizon nello studio del buco nero della Via Lattea
Mentre l’Event Horizon Telescope raccoglieva dati per la sua nuova straordinaria immagine del buco nero supermassiccio della Via Lattea, una legione di altri telescopi tra cui tre osservatori di raggi X della NASA nello spazio stava osservando anche. Gli astronomi stanno usando queste osservazioni per saperne di più su come il buco nero al centro della Via Lattea – noto come Sagittario A* (Sgr A* in breve) – interagisce e si nutre del suo ambiente a circa 27.000 anni luce dalla Terra. Quando l’Event Horizon Telescope (EHT) ha osservato Sgr A* nell’aprile 2017 per realizzare la nuova immagine, gli scienziati della collaborazione hanno anche osservato lo stesso buco nero con strutture che rilevano diverse lunghezze d’onda della luce. In questa campagna di osservazione a più lunghezze d’onda, hanno assemblato dati a raggi X dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, dal Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) e dall’Osservatorio Neil Gehrels Swift; dati radio dalla rete VLBI (Very Long-Baseline Interferometer) dell’Asia orientale e dall’array VLBI globale da 3 millimetri; e dati a infrarossi dal Very Large Telescope dell’European Southern Observatory in Cile.
“L’Event Horizon Telescope ha catturato un’altra straordinaria immagine, questa volta del gigantesco buco nero al centro della nostra galassia natale”, ha affermato l’amministratore della NASA Bill Nelson. “Guardare in modo più completo a questo buco nero ci aiuterà a saperne di più sui suoi effetti cosmici sul suo ambiente ed esemplifica la collaborazione internazionale che ci porterà nel futuro e rivelerà scoperte che non avremmo mai potuto immaginare”. Un obiettivo importante era catturare i bagliori di raggi X, che si pensa siano guidati da processi magnetici simili a quelli visti sul Sole, ma possono essere decine di milioni di volte più potenti. Questi bagliori si verificano approssimativamente ogni giorno all’interno dell’area di cielo osservata dall’EHT, una regione leggermente più grande dell’orizzonte degli eventi di Sgr A*, il punto di non ritorno per la materia che cade verso l’interno. Un altro obiettivo era quello di ottenere uno sguardo critico su ciò che sta accadendo su scala più ampia. Mentre il risultato EHT mostra sorprendenti somiglianze tra Sgr A* e il precedente buco nero che ha ripreso, M87*, il quadro più ampio è molto più complesso.
- Prosegue dopo la pubblicità -
“Se la nuova immagine EHT ci mostra l’occhio di un uragano di un buco nero, allora queste osservazioni multilunghezza d’onda rivelano venti e piogge equivalenti a centinaia o addirittura migliaia di miglia al di là”, ha detto Daryl Haggard della McGill University di Montreal, Canada, che è uno dei principali scienziati della campagna multiwavelength. “In che modo questa tempesta cosmica interagisce e addirittura interrompe il suo ambiente galattico?” Una delle più grandi domande in corso sui buchi neri è esattamente come raccolgono, ingeriscono o addirittura espellono il materiale in orbita attorno a loro a velocità prossime alla luce, in un processo noto come “accrescimento”. Questo processo è fondamentale per la formazione e la crescita di pianeti, stelle e buchi neri di tutte le dimensioni, in tutto l’universo.
Le immagini di Chandra del gas caldo intorno a Sgr A* sono cruciali per gli studi sull’accrescimento perché ci dicono quanto materiale viene catturato dalle stelle vicine dalla gravità del buco nero, e quanto riesce ad avvicinarsi all’orizzonte degli eventi. Queste informazioni critiche non sono disponibili con gli attuali telescopi per nessun altro buco nero nell’universo, incluso M87*. “Gli astronomi possono in gran parte essere d’accordo sulle basi: che i buchi neri hanno materiale che vortica intorno a loro e parte di esso cade per sempre nell’orizzonte degli eventi”, ha affermato Sera Markoff dell’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi, un altro coordinatore delle osservazioni a più lunghezze d’onda. “Con tutti i dati che abbiamo raccolto per Sgr A* possiamo andare molto oltre questo quadro di base”.
- Prosegue dopo la pubblicità -
Gli scienziati della grande collaborazione internazionale hanno confrontato i dati delle missioni ad alta energia della NASA e degli altri telescopi con modelli computazionali all’avanguardia che tengono conto di fattori come la teoria della relatività generale di Einstein, gli effetti dei campi magnetici e le previsioni di quanta radiazione dovrebbe generare il materiale attorno al buco nero a diverse lunghezze d’onda. Il confronto dei modelli con le misurazioni suggerisce che il campo magnetico attorno al buco nero è forte e che l’angolo tra la linea di vista del buco nero e il suo asse di rotazione è basso, inferiore a circa 30 gradi. Se confermato, ciò significa che dal nostro punto di vista stiamo guardando dall’alto Sgr A* e il suo anello più che lateralmente, sorprendentemente simile al primo obiettivo di EHT M87*.
“Nessuno dei nostri modelli corrisponde perfettamente ai dati, ma ora abbiamo informazioni più specifiche su cui lavorare”, ha affermato Kazuhiro Hada del National Astronomical Observatory of Japan. “Più dati abbiamo, più accurati diventeranno i nostri modelli e, in definitiva, la nostra comprensione dell’accrescimento dei buchi neri”. I ricercatori sono anche riusciti a catturare i bagliori di raggi X – o esplosioni – da Sgr A* durante le osservazioni EHT: uno debole visto con Chandra e Swift e uno moderatamente luminoso visto con Chandra e NuSTAR. Con Chandra si osservano regolarmente bagliori di raggi X con una luminosità simile a quest’ultimo, ma questa è la prima volta che l’EHT osserva contemporaneamente Sgr A*, offrendo una straordinaria opportunità di identificare il meccanismo responsabile utilizzando immagini reali. L’intensità e la variabilità delle onde millimetriche osservate con EHT aumenta nelle poche ore immediatamente successive al bagliore di raggi X più luminoso, un fenomeno non osservato nelle osservazioni millimetriche pochi giorni prima. L’analisi e l’interpretazione dei dati EHT immediatamente successivi al bagliore saranno riportate in pubblicazioni future.
- Prosegue dopo la pubblicità -
I risultati del team EHT verranno pubblicati il 12 maggio in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters . I risultati multilunghezza d’ onda sono principalmente descritti negli articoli II e V. Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche da Cambridge, Massachusetts, e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts. Goddard gestisce la missione Swift in collaborazione con Penn State, il Los Alamos National Laboratory nel New Mexico e Northrop Grumman Space Systems a Dulles, in Virginia. Altri partner includono l’Università di Leicester e il Mullard Space Science Laboratory nel Regno Unito, l’Osservatorio di Brera in Italia e l’Agenzia Spaziale Italiana. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California gestisce NuSTAR per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. I partner e i contributori della missione includono la Danish Technical University (DTU), l’Agenzia spaziale italiana (ASI), la Columbia University, il Goddard Space Flight Center della NASA, Orbital Sciences Corp., l’Università della California, Berkeley e l’High Energy Astrophysics Science Archive Research della NASA Centro. Link video (a cura di Media Inaf):
