Buco nero M87: quello che bisogna sapere sulla foto del secolo

La foto del primo buco nero è solo l'ultimo traguardo di una serie di scoperte scientifiche che hanno caratterizzato oltre un secolo di storia.

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Mercoledì 10 Aprile 2019 è stata mostrata al mondo la prima immagine dell'orizzonte degli eventi di un buco nero. Tutto iniziò più di 100 anni fa, quando un uomo predisse su carta e penna quello che noi abbiamo visto, ed è incredibile pensare quanto vasto e profondo possa essere l'intelletto umano, che riesce sempre in qualche modo a confermare che il nostro limite non è il cielo, ma ben oltre.
Siamo stati testimoni di qualcosa che molti uomini prima di noi avrebbero desiderato vedere già secoli fa, grazie al quale si può tranquillamente affermare che questo evento ha dato inizio ad una nuova era per l'astronomia.

Un po' di storia

Se pensate che la teoria dei buchi neri sia stata ipotizzata soltanto di recente vi state sbagliando, dato che prima della relatività, i buchi neri erano già stati teorizzati nella fisica classica attraverso i principi della dinamica. Già nel 1783 infatti, John Michell credeva che potesse esistere un corpo con una massa così grande da non far fuggire neanche la luce, un fenomeno chiamato Dark Star.
A scuotere le fondamenta del mondo della fisica fu un certo Albert Eistein, nel 1915, con la sua Teoria della Relatività Generale, che sconvolse il modo in cui vediamo il tempo e lo spazio. La relatività si è imposta come costante universale quando si parla di tutto quello che concerne l'Universo, e nonostante i buchi neri siano previsti dalle regole della relatività generale, non ne era stato, per ovvie ragioni, osservato neanche uno, almeno fino ad ora.

Una nuova era di scoperte

Einstein diceva: "Non hai veramente capito qualcosa finché non sei capace di spiegarlo a tua nonna". Tutto inizia dalle stelle, come il nostro Sole ma molto più grandi, che una volta raggiunta la loro fine iniziano a collassare su loro stesse. La loro intera massa si concentra in uno spazio estremamente ristretto e, alla fine, collassando si forma un buco nero. Non tutte le stelle diventano buchi neri, solamente quelle con massa sufficientemente grande: il Sole, per esempio, non diventerà un buco nero.
I buchi neri sono pieghe nello spazio-tempo, talmente massicci e densi che nemmeno la luce può sfuggire alla loro attrazione gravitazionale, spesso indicati come singolarità perché occupano zero spazio reale.
Ma questa misteriosa singolarità è circondata dal suo orizzonte degli eventi, e tutto ciò che passa oltre è destinato a cadere nel buco nero senza alcuna speranza di fuga; immaginate questo orizzonte degli eventi come una porta: una volta superata non potrete più tornare indietro - letteralmente - e sarete costretti, per forze naturali, ad avanzare, questo è quello che succede alla materia e alla luce.

L'unico modo per "scappare" dalle grinfie di un buco nero è avere a disposizione energia infinita, che equivarrebbe alla possibilità di andare più veloci della luce, cosa impossibile secondo la stessa teoria della relatività.
Un buco nero solitamente è visibile grazie alla quantità di materiale che viene attirato dalla sua gravità, in caso contrario sarebbe praticamente invisibile, e se ne può percepire la presenza solo attraverso la sua attrazione gravitazionale, per effetti come il lensing gravitazionale.
Nonostante non possano essere visti, Stephen Hawking, con la sua radiazione di Hawking affermò che anche i buchi neri emettono un segnale, flebile, ma esistente. La radiazione di Hawking, oltre alle leggi della gravitazione dei postulati di Einstein, mette in gioco la meccanica quantistica, ma questa è una materia ancora, per molti versi, sconosciuta, e non c'è modo di applicare questa teoria.

Ma se il buco nero è invisibile, come abbiamo fatto a fare la foto? La luce che abbiamo visto nell'immagine proviene dal gas caldo che si muove attorno al buco nero. Gli scienziati lo chiamano disco di accrescimento, che può estendersi su grandi distanze ed emanare un'energia incredibilmente luminosa attraverso il cosmo, mentre quell'oscurità che si vede al centro è l'ombra del buco nero.
Attenzione però, perché il gas dell'orizzonte degli eventi non è di colore arancione, gli astronomi hanno deciso di "colorarlo" in questo modo per far capire meglio il fenomeno.

Ma quale buco nero abbiamo visto?

E' stato scelto, almeno inizialmente, quello più vicino, Sagittarius A*, che si trova al centro della Via Lattea e a 26.000 anni luce da noi. Ma l'Event Horizon Telescope aveva anche un altro obiettivo, quello di osservare il buco nero supermassiccio M87 che si trova al centro della galassia ellittica Virgo A, il "modello" dell'attuale prima foto del buco nero, scelto perché più "tranquillo" rispetto al primo.

Quali sono le differenze rispetto Sagittarius A*? In confronto a M87, la Via Lattea è un punto nello spazio, immaginate che Virgo A ha circa 12.000 ammassi globulari (mentre la Via Lattea ne ha 150-200) e si trova a circa 55 milioni di anni luce da noi, mentre la massa del buco nero supermassiccio è pari a 6.6 miliardi di soli.
Perché gli astronomi non hanno scattato foto del genere prima? La risposta è presto detta, perché è incredibilmente difficile. Già nel 1999 uno studio suggeriva chef osservare quest'ombra usando tecniche speciali, ma non c'era alcun tipo di telescopio capace di fare una foto del genere, e perfino i più grandi e potenti telescopi presenti sulla Terra non erano capaci di attuare una simile impresa.

Ma l'unione fa la forza, e grazie al collegamento di più radio telescopi messi insieme, gli astronomi sono riusciti a creare un super telescopio. Ogni telescopio lavora singolarmente ma insieme si comportano come un grande e unico sistema. Ma non è finita qui, visto che gli astronomi hanno poi utilizzato un algoritmo matematico per decifrare questi segnali e "creare" l'immagine. Gli astronomi hanno dovuto sincronizzare tutte le misurazioni entro un microsecondo, tenendo conto della geometria della Terra e delle loro posizioni.
E adesso? Cosa succederà dopo aver scattato la foto del secolo? Gli scienziati hanno già affermato di essere al lavoro per migliorare la qualità della prima foto, e successivamente vogliono scattarne una anche a Sagittarius A*. Per il futuro prossimo invece, il team di EHT (Event Horizon Telescope) ha intensione di espandere ulteriormente la grandezza del telescopio, aggiungendone sempre di più; insomma, siamo solamente all'inizio.