L’EHT (Event Horizon Telescope) – una schiera di otto radiotelescopi dislocati su tutta la Terra, costruiti attraverso una collaborazione internazionale – è stato progettato per catturare l’immagine dei buchi neri. Oggi, in varie conferenze stampa coordinate in tutto il mondo, i ricercatori dell’EHT rivelano il loro primo successo, svelando la prima prova visiva diretta di un buco nero supermassiccio e della sua ombra.
La scoperta rivoluzionaria è stata annunciata oggi con una serie di sei articoli, pubblicati in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters. L’immagine rivela il buco nero al centro di Messier 87 [1], una massiccia galassia nel vicino ammasso di galassie della Vergine. Il buco nero si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra e ha una massa pari a 6,5 ??miliardi di volte quella del Sole [2].
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ESO
L’EHT collega telescopi in tutto il mondo per formare un telescopio virtuale senza precedenti, di dimensioni pari a quelle della Terra [3]. L’EHT offre agli scienziati un nuovo modo di studiare gli oggetti più estremi dell’Universo previsti dalla relatività generale di Einstein, proprio nel centenario dell’esperimento storico che per primo ne ha confermato le teorie [4].
“Abbiamo catturato la prima immagine di un buco nero“, ha commentato il direttore del progetto EHT Sheperd S. Doeleman del Center for Astrophysics di Harvard & Smithsonian. “Questa è una straordinaria impresa scientifica realizzata da una squadra di oltre 200 ricercatori“.
I buchi neri sono straordinari oggetti cosmici con enormi masse ma dimensioni relativamente compatte. La presenza di questi oggetti influenza il loro ambiente in modi estremi, deformando lo spazio-tempo e surriscaldando la materia circostante.
“Se è immerso in una regione brillante, come un disco di gas incandescente, ci aspettiamo che un buco nero crei una regione scura simile a un’ombra – ciò è previsto dalla relatività generale di Einstein, ma non l’abbiamo mai visto prima“, ha spiegato il presidente del Consiglio scientifico dell’EHT Heino Falcke della Radboud University, Paesi Bassi. “Questa ombra, causata dalla deviazione gravitazionale e dalla cattura della luce dall’orizzonte degli eventi, ci può rivelare informazioni utili sulla natura di questi oggetti affascinanti e ci ha permesso di misurare l’enorme massa del buco nero di M87“.
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ESO/M. Kornmesser
Numerose tecniche di calibrazione e di produzione delle immagini hanno rivelato una struttura ad anello con una regione centrale scura – l’ombra del buco nero – un risultato persistente su più osservazioni EHT indipendenti.
“Quando siamo stati sicuri di aver catturato l’ombra, abbiamo potuto confrontare i nostri risultati con una vasta libreria di modelli a computer che includono la fisica dello spazio deformato, della materia super-riscaldata e dei campi magnetici molto intensi. Molte caratteristiche dell’immagine osservata corrispondono nel dettaglio alle nostre ipotesi teoriche“, osserva Paul T.P. Ho, membro del consiglio di amministrazione di EHT e direttore dell’Osservatorio dell’Asia orientale [5]“Ciò ci rende fiduciosi sull’interpretazione delle nostre osservazioni, compresa la stima della massa del buco nero“.
“Il confronto tra teoria e osservazioni è sempre un momento drammatico per un teorico: è stato un sollievo ma anche una fonte di orgoglio rendersi conto che le osservazioni combaciavano perfettamente con le nostre previsioni“, ha commentatoLuciano Rezzolla, della Goethe Universität, in Germania, membro del consiglio di amministrazione dell’EHT.
Lo sviluppo dell’EHT è stata una sfida formidabile che ha richiesto l’aggiornamento e il collegamento di una rete mondiale di otto telescopi preesistenti dispiegati in una varietà di siti ad ??alta quota, per nulla facili da gestire. Queste località includevano vulcani in Hawai`i e in Messico, picchi in Arizona e nella Sierra Nevada spagnola, il deserto cileno di Atacama e l’Antartide.
Le osservazioni di EHT utilizzano una tecnica chiamata interferometria a lunghissima base (VLBI) che sincronizza i telescopi in tutto il mondo e sfrutta la rotazione del nostro pianeta per formare un enorme telescopio, di dimensioni pari a quella della Terra, che osserva a una lunghezza d’onda di 1,3 mm. Il VLBI consente all’EHT di raggiungere una risoluzione angolare di 20 micro-secondi d’arco – sufficiente per leggere un giornale a New York seduti in un bar a Parigi [6].
I telescopi che hanno contribuito a questo risultato sono stati ALMA, APEX, il telescopio IRAM da 30 metri, il James Clerk Maxwell Telescope, il Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, il Submillimeter Array, il Submillimeter Telescope e il South Pole Telescope [7]. Petabyte di dati grezzi dai telescopi sono stati combinati da supercomputer altamente specializzati ospitati negli istituti Max Planck Institute for Radio Astronomy e MIT Haystack Observatory.
Le strutture e i finanziamenti europei hanno svolto un ruolo cruciale in questo sforzo mondiale, con la partecipazione di telescopi europei avanzati e il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, in particolare con una sovvenzione di 14 milioni di euro per il progetto BlackHoleCam [8]. Anche il supporto di ESO, IRAM e Max Planck Society è stato fondamentale. “Questo risultato si basa su decenni di esperienza europea nell’astronomia millimetrica“, ha commentato Karl Schuster, direttore dell’IRAM e membro del consiglio di amministrazione dell’EHT.
La costruzione dell’EHT e le osservazioni annunciate oggi rappresentano il culmine di decenni di lavoro osservativo, tecnico e teorico. Questo esempio di lavoro di squadra globale ha richiesto una stretta collaborazione da parte di ricercatori di tutto il mondo. Tredici istituzioni partner hanno collaborato per creare l’EHT, utilizzando sia infrastrutture preesistenti che il supporto di varie agenzie. Il finanziamento principale è stato fornito dalla US National Science Foundation (NSF), dal Consiglio europeo della ricerca (ERC) e dalle agenzie di finanziamento in Asia orientale [8].
L’ombra di un buco nero, come quella mostrata qui, è la cosa più vicina a un’immagine del buco nero stesso, un oggetto completamente oscuro da cui nemmeno la luce può sfuggire, a cui possiamo aspirare. Il confine di questo buco nero – l’orizzonte degli eventi, da cui l’EHT prende il nome – è circa 2,5 volte più piccolo dell’ombra che proietta e misura poco meno di 40 miliardi di km. Anche se questo può sembrare un numero molto grande, questo anello ha una dimensione di circa 40 microarcsecondi – equivalente a misurare la lunghezza di una carta di credito sulla superficie della Luna.
Sebbene i telescopi che costituiscono l’EHT non siano fisicamente collegati, sono in grado di sincronizzare i loro dati registrati con orologi atomici – maser di idrogeno – che segnano esattamente il tempo delle osservazioni. Queste osservazioni sono state raccolte a una lunghezza d’onda di 1,3 mm durante una campagna globale del 2017. Ogni telescopio dell’EHT ha prodotto enormi quantità di dati – circa 350 terabyte al giorno – che sono stati archiviati su dischi rigidi a elio ad alta prestazione. Questi dati sono stati trasferiti a supercomputer altamente specializzati – noti come correlatori – al Max Planck Institute for Radio Astronomy e al MIT Haystack Observatory per essere combinati. Sono stati poi faticosamente convertiti in un’immagine utilizzando nuovi strumenti computazionali sviluppati dalla collaborazione
“L’ESO ha l’onore di aver contribuito in modo significativo a questo risultato attraverso la sua leadership europea e il suo ruolo chiave in due dei telescopi componenti di EHT, che si trovano in Cile – ALMA e APEX“, ha commentato il Direttore Generale dell’ESO Xavier Barcons. “ALMA è la struttura più sensibile dell’EHT e le sue 66 antenne ad alta precisione sono state fondamentali nel rendere l’EHT uno strumento di successo.“
“Abbiamo realizzato qualcosa che si pensava impossibile solo una generazione fa“, ha concluso Doeleman. “Le innovazioni tecnologiche, le connessioni tra i migliori osservatori radio del mondo e gli algoritmi innovativi hanno collaborato per aprire una finestra completamente nuova sui buchi neri e sull’orizzonte degli eventi“.
Note
[1] L’ombra di un buco nero è la cosa più vicina a un’immagine del buco nero stesso, un oggetto completamente oscuro da cui nemmeno la luce può sfuggire, a cui possiamo aspirare. Il confine di questo buco nero – l’orizzonte degli eventi, da cui l’EHT prende il nome – è circa 2,5 volte più piccolo dell’ombra che proietta e misura poco meno di 40 miliardi di km.
[2] I buchi neri supermassicci sono oggetti astronomici relativamente piccoli – il che li ha resi impossibili da osservare direttamente fino a oggi. Poiché la dimensione dell’orizzonte degli eventi di un buco nero è proporzionale alla sua massa, maggiore è la massa del buco nero, e più grande è l’ombra. Grazie alla sua enorme massa e relativa vicinanza, si prevedeva che il buco nero di M87 fosse uno dei più grandi visibili dalla Terra – rendendolo un obiettivo perfetto per l’EHT.
[3] Sebbene i telescopi non siano fisicamente collegati, sono in grado di sincronizzare i loro dati registrati con orologi atomici – maser di idrogeno – che segnano esattamente il tempo delle osservazioni. Queste osservazioni sono state raccolte a una lunghezza d’onda di 1,3 mm durante una campagna globale del 2017. Ogni telescopio dell’EHT ha prodotto enormi quantità di dati – circa 350 terabyte al giorno – che sono stati archiviati su dischi rigidi a elio ad alta prestazione. Questi dati sono stati trasferiti a supercomputer altamente specializzati – noti come correlatori – al Max Planck Institute for Radio Astronomy e al MIT Haystack Observatory per essere combinati. Sono stati poi faticosamente convertiti in un’immagine utilizzando nuovi strumenti computazionali sviluppati dalla collaborazione.
[4] 100 anni fa, due spedizioni partirono per l’Isola Principe al largo delle coste dell’Africa e per Sobral in Brasile per osservare l’eclissi solare del 1919, con l’obiettivo di testare la relatività generale verificando se la luce stellare si sarebbe piegata attorno al bordo del Sole, come previsto da Einstein. In un’eco di queste osservazioni, l’EHT ha inviato i membri del team ad alcune delle strutture radio più alte e isolate del mondo per verificare nuovamente la nostra comprensione della gravità.
[5] L’Osservatorio dell’Asia orientale (EAO), partner nel progetto EHT, rappresenta molte regioni dell’Asia, tra cui Cina, Giappone, Corea, Taiwan, Vietnam, Tailandia, Malesia, India e Indonesia.
[6] Le osservazioni future dell’EHT avranno una sensibilità notevolmente maggiore grazie alla partecipazione dell’Osservatorio NOEMA dell’IRAM, del Telescopio della Groenlandia e del Kitt Peak Telescope.
[7] ALMA è una partnership tra l’ESO (European Southern Observatory: per l’Europa, in rappresentanza dei suoi stati membri), l’NSF (US National Science Foundation) e il NINS (National Institutes of Natural Sciences) del Giappone, insieme con il National Research Council (Canada), il Ministero della Scienza e della Tecnologia (MOST, Taiwan), l’ASIAA (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taiwan) e il KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute, Repubblica di Corea), in collaborazione con la Repubblica del Cile. APEX è gestito dall’ESO, il telescopio da 30 metri è gestito dall’IRAM (le organizzazioni partner dell’IRAM sono MPG (Germania), CNRS (Francia) e IGN (Spagna)), il James Clerk Maxwell Telescope è gestito dall’EAO, il Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano è gestito da INAOE e UMass, il Submillimeter Array è gestito da SAO e ASIAA, mentre il Submillimeter Telescope è gestito dall’Arizona Radio Observatory (ARO). Il South Pole Telescope è gestito dall’Università di Chicago con strumentazione EHT specializzata fornita dall’Università dell’Arizona.
[8] BlackHoleCam è un progetto finanziato dall’UE per l’immagine, la misura e la comprensione dei buchi neri astrofisici. L’obiettivo principale di BlackHoleCam e dell’Event Horizon Telescope (EHT) è di realizzare le prime immagini del buco nero da miliardi di masse solari nella vicina galassia M87 e del suo cugino più piccolo, Sagittario A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Ciò consente di determinare con estrema precisione la deformazione dello spazio-tempo causata da un buco nero.
