Per la prima volta gli scienziati hanno fotografato un buco nero

L'annuncio è arrivato intorno alle 15 ed è stato rivoluzionario: per la prima volta abbiamo fotografato un buco nero. Lo hanno detto gli scienziati durante alcune dirette video e sei conferenze stampa avvenute in contemporanea – Santiago del Cile, Shanghai, Tokyo, Taipei, Washington e Bruxelles – spiegando che si tratta della prima immagine di un buco nero nella galassia M87.      

Dagli inizi del secolo scorso, astrofisici e astronomi hanno sempre avuto un rapporto conflittuale con i buchi neri. Previsti teoricamente, molto idealizzati e descritti matematicamente almeno fino agli anni ’50, i buchi neri sono stati considerati una curiosità spaziale e oggi la loro esistenza – universalmente accettata – resta un paradosso difficile da risolvere.

Come si formano i buchi neri?

Durante due processi principali: come residuo di un collasso gravitazionale (la stella si comprime su sé stessa) oppure dalla contrazione delle regioni centrali di una galassia durante la sua fase di formazione (ad esempio Sagittarius A*). In questo secondo caso si parla di buchi neri supermassivi. Oggi sappiamo molto sui buchi neri e – nel caso capitasse una domanda a Live Quiz – mi sembra utile citare i nomi degli scienziati che dalla teoria della relatività generale di Einstein hanno dedotto le maggiori proprietà sui buchi neri: Schwarzschild, Wheeler, Kerr e Hawking.

Perché si chiamano buchi neri e cosa bucano?

Tutta la loro massa è concentrata in una piccola regione infinitesimale. Scusate se banalizzo, ma tali oggetti “pesano” talmente tanto che il tappeto elastico su cui si poggiano non riesce a resistere fino a quando un catastrofico buco diventa la loro unica via d’uscita: il loro intenso campo gravitazionale riesce a trattenere anche la luce. Ma “fatti non foste a viver come buchi” e infatti man mano che ci si allontana dal centro di un buco nero, il campo gravitazionale si comporta come quello di qualsiasi altro oggetto dotato di massa. Per esempio è possibile gravitare in modo stabile attorno a un buco nero, a una certa distanza e con vantaggi (e svantaggi) che il film Interstellar ha ampiamente mostrato in stile hollywoodiano. E poi – altra curiosità – anche i buchi neri ruotano su sé stessi.

Che dimensioni hanno? Come possiamo vederli?

Un buco nero è circondato da una superficie “virtuale” che lo avvolge nascondendone il contenuto: l’orizzonte degli eventi. Tutto ciò che cade dentro l'orizzonte viene trascinato inesorabilmente con un movimento vorticoso, come se fossimo in un tornado. Tale orizzonte si può calcolare con una nota formula che va sotto il nome di “raggio di Schwarzschild”. Data una certa massa è possibile calcolare le dimensioni di un buco nero “non rotante”. Non ci crederete, ma il raggio di Schwarzschild per la Terra è di 10 millimetri: pensate se tutta la massa della Terra fosse zippata in una sfera grande come una biglia di vetro.

Per osservare un buco nero bisogna prima localizzarlo. Oggi sappiamo con certezza che quasi ogni galassia contiene un buco nero con masse che vanno dal migliaio alle molte miliardi di volte la massa del sole. Al centro della nostra Galassia, circondato da nubi interstellari, gas e polveri, si trova il già citato Sagittarius A* (Sgr A*) che ha una massa che supera facilmente i 4 milioni di soli. Immaginate i “tappeti elastici” attorno a questo oggetto che sta letteralmente ingoiando materia interstellare a una velocità pazzesca: alla faccia della prova costume. E c’è di più: la materia viene “ingerita” come un disco rotante e parte di questa materia viene espulsa a velocità prossime alla velocità della luce in direzioni opposte lungo due getti. Getti che sono stati osservati in molte galassie.

Come nasce l'immagine?

Ma nell’era dei selfie e delle immagini, vorremmo anche vedere almeno il “guscio” esterno di un buco nero. Come nella scena cult in cui i quattro Ghostbusters decidono di incrociare i flussi, allo stesso modo, molti radiotelescopi terrestri sono stati uniti in una grande armonia telescopica per creare un unico telescopio virtuale paragonabile alle dimensioni terrestri. Il progetto si chiama “Event Horizon Telescope (EHT)” ed è proprio quello che ci ha permesso di vedere la prima foto profilo di un buco nero.

I segnali raccolti dai telescopi sono stati processati con dei supercomputer per produrre le diverse componenti che andranno a formare l'immagine nel cielo: come se certi pixels arrivassero da un telescopio, alcuni da un altro, e così via. Poi delle potenti tecniche di inversione fanno il resto.

Il progetto EHT si basa su una proprietà dell’orizzonte degli eventi in prossimità di una forte sorgente di fotoni (di luce): attenzione l’orizzonte non emette luce, nulla sfugge, ma una piccolissima parte di fotoni lascerà una traccia, un’ombra sul plasma caldo circostante. La dimensione della penombra dipende dalla massa del buco nero e dalla distanza. La scelta è caduta su due oggetti – Sgr A* e M87 (al centro della galassia M87) – che grazie alle loro dimensioni si sono rivelati i migliori candidati per poter osservare questa peculiarità.

Finalmente abbiamo la prima foto profilo di un buco nero.

E speriamo gli piaccia perché sapete come si dice: “La foto che viene meglio va messa su tutti i social”.

E adesso?

La prima evidenza "Fotografica" di un buco nero è stata ottenuta e c'è voluto del tempo. Il prossimo obiettivo sarà quello di ottenere la foto di Sgr A* e nei prossimi anni il team di EHT lavorerà sul miglioramento del potere risolutivo, della sensibilità e della raccolta dati. Banalizzando, sarà un po' come con i cellulari: adesso se non hai almeno 5 fotocamere non sei nessuno.