Il lungo e minuzioso lavoro degli scienziati di tutto il mondo ha prodotto la prima immagine diretta dell'orizzonte degli eventi di un buco nero, un mostro supermassiccio chiamato M87.
Questa immagine ha confermato molte delle nostre idee sui buchi neri.
Ma la scienza non si è fermata quando è arrivata la fotografia. Gli scienziati hanno eseguito calcoli basati su ciò che hanno appreso su M87, combinato con la relatività generale, per prevedere ulteriormente come un giorno vedremo questi oggetti in dettaglio.
I buchi neri sono incredibilmente gravitazionalmente intensi. Non solo sono così massicci che anche la velocità della luce è troppo lenta per evitare l'attrazione gravitazionale, ma piegano anche il percorso della luce intorno a loro, oltre l'orizzonte degli eventi.
Se un fotone che passa si avvicina troppo, sarà in orbita attorno al buco nero. Questo crea quello che viene chiamato un “anello fotonico” o “sfera fotonica”, un anello di luce perfetto che si prevede circonderà il buco nero lungo il bordo interno del disco di accrescimento, ma al di fuori dell'orizzonte degli eventi.
È anche conosciuta come l'orbita interna più stabile e puoi vederla nell'immagine qui sotto, creata dall'astrofisico Jean-Pierre Luminet nel 1978.
(Jean-Pierre Luminet)
I modelli dell'ambiente del buco nero suggeriscono che l'anello fotonico dovrebbe creare una sottostruttura complessa composta da infiniti anelli di luce, un po 'come l'effetto che si vede in uno specchio infinito.
“L'immagine di un buco nero contiene effettivamente una serie di anelli annidati”, ha spiegato l'astrofisico Michael Johnson dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
“Ogni anello successivo ha più o meno lo stesso diametro, ma diventa sempre più 'acuto' perché la sua luce gira più volte attorno al buco nero prima di raggiungere l'osservatore.”
(Event Horizon Telescope)
In questa prima storica foto di M87 (sopra), vediamo il disco di accrescimento: un pezzo luminoso arancione-oro. La parte nera al centro è l'ombra del buco nero. Non possiamo effettivamente vedere la sfera del fotone perché la risoluzione non è abbastanza alta per distinguerla, ma deve essere posizionata lungo il bordo dell'ombra del buco nero.
Se potessimo vederlo, questo anello ci dirà cose molto importanti su un buco nero. La dimensione dell'anello può dirci la massa, le dimensioni e la velocità di un buco nero. Possiamo identificarli dal disco di accrescimento, ma l'anello fotonico ci permetterebbe di limitare ulteriormente i dati per misurazioni più accurate.
“Ogni anello è costituito da fotoni, proiettati sullo schermo dell'osservatore dopo che sono stati raccolti da un guscio fotonico da qualsiasi parte dell'universo”, scrivono i ricercatori nel loro articolo.
Pertanto, in un ambiente idealizzato senza assorbimento, ogni anello contiene un'immagine separata esponenzialmente distorta dell'intero universo, con ogni anello successivo che cattura l'universo visibile. Insieme, il set è simile al filmato, che cattura la storia dell'universo visibile visto da un buco nero. '
Quindi Johnson e il suo team hanno utilizzato simulazioni per determinare se gli anelli di fotoni potevano essere rilevati in future osservazioni. Hanno scoperto che si poteva fare, anche se non sarebbe stato facile.
Lo scatto dell'M87 è stato un'impresa di ingegnosità e collaborazione. I telescopi di tutto il mondo hanno lavorato insieme per creare un interferometro di base molto lungo chiamato telescopio dell'orizzonte degli eventi, in cui è possibile calcolare distanze precise e differenze temporali tra i telescopi in un array per incollare insieme le loro osservazioni. È – in termini molto, molto semplici – come avere un telescopio delle dimensioni della Terra.
“Quello che ci ha veramente sorpreso è che gli anelli annidati sono quasi invisibili ad occhio nudo nelle immagini – anche in immagini perfette – ma sono segnali forti e chiari per array di telescopi chiamati interferometri”, ha detto Johnson.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Fonti: Foto: fotoni in orbita attorno a un buco nero. (Nicole R. Fuller / NSF)
