Nel 2019 potremmo aver le prime foto di un buco nero

Da più di un anno diversi scienziati in tutto il mondo si preparano per affrontare la sfida epocale di ottenere l’immagine di un buco nero. La difficoltà di questo esperimento risiede proprio nella natura stessa dei buchi neri.

Perché non è possibile fotografare un buco nero

Un buco nero è una regione dello spaziotempo con una massa gravitazionale talmente elevata da intrappolare al suo interno qualsiasi cosa, anche la luce. Questo rende il buco nero, più che un corpo fisico fotografabile, un “ammasso di gravità”.

Ciò che rende invisibili i buchi neri, ed intrappola la luce, è l’attraversamento dell’orizzonte degli eventi, ovvero il suo confine, da parte della materia. Questo confine rappresenta una specie di uscita dall’universo a senso unico. Il suo attraversamento non produrrebbe nessun effetto turbolento, ma impedirebbe comunque di tornare indietro anche alla luce.

Da oltre un decennio tre astrofisici, Heino Falcke, Fulvio Melia e Eric Agol, si stanno preparando per trovare un modo di intravedere almeno la silhouette di un buco nero. Spinti dalla nascita di una nuova categoria di radiotelescopi, i ricercatori hanno iniziato a studiare Sagittarius A*, il buco nero supermassivo che si trova nel centro della Via Lattea.

Dai calcoli ricavati sullo studio dei buchi supermassivi, si nota che la materia ed i gas entrano nei buchi neri con delle spirali, formando una corona di gas e materia attorno ai buchi neri. I ricercatori hanno quindi ipotizzato che combinando osservazioni simultanee di un insieme di radiotelescopi distribuiti su tutto il pianeta, sarebbe stato possibile vedere l’ombra di Sagittarius A*. Tutte queste osservazioni contemporanee andrebbero effettuate nella banda radio ad alta frequenza. Quello che dovrebbe apparire sono i raggi luminosi  che formano le spirali di materia in entrata, e all’interno di questi il buio più completo che rappresenta appunto il buco nero.

Un telescopio grande come il nostro pianeta

Il sistema di radiotelescopi sparsi su tutto il pianeta coinvolge scienziati di tre continenti diversi (America, Asia ed Europa) ed è conosciuto come Event Horizon Telescope (Eht). I risultati di queste colossali osservazioni permetteranno forse di comprendere come si sono formati i buchi neri supermassivi. Forniranno inoltre preziosi indizi sulle zone interne dei buchi neri. Quello che è però più importante, è che permetteranno di confutare la validità della teoria della relatività generale.

Il buco nero supermassivo Sagittarius A* si trova al centro della Via Lattea in una regione quindi molto affollata. Per questo va osservato con una frequenza radio molto alta (230GHv), per poter oltrepassare le nubi di polveri e gas che si trovano tra noi e lui.

Data la sua lontananza dalla Terra e il disturbo della materia nello spazio, per poterlo osservare bisogna quindi ricorrere alla tecnica dell’interferometria radio a lunghissima linea di base o Vlbi. Questo consiste nel collegare diversi radiotelescopi sparsi sulla Terra, in modo che elaborino immagini simultanee. Per essere sicuri che siano perfettamente sincronizzati, i diversi radiotelescopi sono dotati di orologi atomici estremamente precisi.

Oltre ad essere sincronizzati, i telescopi devono avere un potere esplorativo sufficiente per ingrandire adeguatamente Sagittarius A*. Dato che la distanza tra le due antenne più lontane è quella che da il potere esplorativo di tutto l’insieme, nel progetto Eht questa distanza ha le dimensioni della Terra. Questo si spera permetta di fotografare Sagittarius A*.

Il telescopio grande come la Terra non basta per fotografare un buco nero

Nonostante la combinazione dei radiotelescopi, il campo visivo non è ancora abbastanza grande. Questo ha portato gli astrofisici a utilizzare anche la rotazione terrestre per completarlo. Nonostante questo, non è ancora abbastanza, si dovrà quindi ricorrere a nuove e complicate tecniche di elaborazione dell’iimagine. Tutto questo produrrà una mole infinita di dati che richiederà molto tempo per l’elaborazione dell’immagine finale.

Il primo ciclo di osservazioni svolte tra Francia, Messico, Cile, Arizona, Hawaii e Polo Sud, sono stati raccolti più di 65 ore di dati. Questa infinita mole di dati è stata affidata a 4 gruppi diversi di ricercatori. Questi diversi team elaboreranno i complessi dati in maniera indipendente. Questo al fine di ridurre al minimo la possibilità di contaminazione e di lasciarsi influenzare dai risultati degli altri.

Data la infinita mole di dati, la complessità della loro elaborazione e a volte anche la difficoltà di reperire e spedire i dati raccolti in aree così lontane del pianeta, ci vorrà molto tempo prima che si riesca ad ottenere un immagine di Sagittarius A*.

Che cosa comporterebbe avere un’immagine di un buco nero

Ottenere un’immagine di un buco nero potrebbe confermare le predizioni fatte da tutti i modelli matematici e le simulazioni fatte sino ad ora. Oppure modificarle o smentirle completamente.  Se le ricerche su Sagittarius A*, mostreranno quello che gli astrofisici si aspettano, vorrà dire che Einstein aveva capito la struttura dello spaziotempo un secolo fa. Altrimenti potrebbero aprirsi nuovi scenari ancora più stimolanti che potrebbero aprire la porta a leggi ancora più profonde, di cui la teoria di Einstein era solo l’inizio.

Forse non sarà possibile ottenere l’immagine di un buco nero, data la complessità dei dati da osservare. Comunque anche se riuscissero ad ottenerla, per i ricercatori non sarebbe comunque una conclusione. La conoscenza delle profonde intimità di un buco nero, darebbe infatti un nuovo inizio allo studio di questi corpi celesti e di tutte le teorie finora formulate su di loro.