Ricordate quando è stata catturata la prima immagine di un buco nero? Foto del genere sono una meraviglia della scienza e della tecnologia. E saranno sempre più frequenti (vedi il buco nero al centro della nostra galassia). Ma come vengono realizzate, che cosa abbiamo scoperto, che cosa c'è ancora da fare e… a che cosa servono?
Luciano Rezzolla, nato a Milano nel 1967, è un astrofisico italiano che attualmente occupa la Cattedra di Astrofisica Teorica presso l'Istituto di Fisica Teorica a Francoforte, in Germania.
I suoi principali temi di ricerca sono la fisica e l'astrofisica di oggetti compatti, come buchi neri e stelle di neutroni, che egli indaga mediante simulazioni numeriche eseguite su supercomputer.
Insieme ai suoi collaboratori ha sviluppato alcuni dei codici numerici più sofisticati della relatività numerica. È membro dell'Executive Board dell'Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC), il progetto internazionale di studio che ha l'obiettivo di studiare l'ambiente circostante Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio situato al centro della Via Lattea, così come il buco nero M87 ancora più grande al centro della galassia ellittica supergigante Virgo A.
Ha ricevuto numerosi premi e riconoscimenti. È autore di vari libri scientifici e del volume divulgativo "L'irresistibile attrazione della gravità. Viaggio alla scoperta dei buchi neri" (Rizzoli, 2020).
La prima simulazione computerizzata di un buco nero con disco di accrescimento. Realizzata negli anni '60 con un computer IBM 7040 e disegnata a mano dall'astrofisico francese Jean-Pierre Luminet nel 1978. Se la confrontate con le immagini seguenti (simulazioni e non) potrete notare quanto fosse accurata. Negli anni seguenti, computer più potenti hanno permesso di ottenere simulazioni molto più definite.
Foto: © Jean-Pierre Luminet
I più appassionati di cinema lo avranno riconosciuto subito: questo è Gargantua, il buco nero del film Interstellar, girato nel 2014. La simulazione fu realizzata da un team coordinato da Kip Thorne, uno dei fisici teorici più famosi al mondo, grande esperto di relatività generale e buchi neri.
Foto: © Warner Bros.
Era il 10 marzo 2019 quando Event Horizon Telescope (EHT), un consorzio internazionale tra più radiotelescopi, annuncia di essere riuscito per la prima volta a osservare direttamente l’”ombra” del buco nero supermassiccio che si trova al centro della galassia M87 (Virgo A), a 55 milioni di anni luce da noi. E mostrano ovviamente un’immagine del buco nero, la prima a essere mai realizzata. Leggi la notizia.
Foto: © d
Sempre nel 2019, una nuova visualizzazione della NASA generata da un software del Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland, rivela come apparirebbe un'immagine ad alta risoluzione di un buco nero supermassiccio attivo, dotato di disco di accrescimento. Guarda l'animazione. Oppure, leggi la notizia.
Foto: © d
Il cerchio nero al centro è l'orizzonte degli eventi, il punto nel quale la radiazione elettromagnetica (luce, onde radio, raggi X...) non raggiunge una velocità di fuga sufficiente a contrastare l'attrazione gravitazionale del buco nero.
A tagliare l'immagine c'è poi un anello di materiale caldo e in rapida rotazione che turbina attorno al buco nero, come fa l'acqua in un lavandino prima di finire nello scarico: è il disco di accrescimento.
Quell'anello di luce al centro della zona più scura è un anello di fotoni, composto da più anelli, progressivamente meno luminosi e più sottili, della luce che ha ruotato attorno al buco nero due, tre o più volte, prima di sfuggire per raggiungere i nostri occhi". Poiché il buco nero in questa visualizzazione è sferico, l'anello di fotoni appare quasi perfettamente circolare. Al suo interno si nota l'ombra del buco nero, un'area grande due volte l'orizzonte degli eventi.
Quegli strascichi di luce visibili attorno e "sotto" al buco nero provengono in realtà dalla parte del disco di accrescimento che si trova dietro al buco nero stesso. La gravità di questo oggetto celeste è talmente intensa da deformare lo spaziotempo e piegare il percorso della luce.
Una parte del disco di accrescimento risulta più luminosa dell'altra, per un effetto noto come Doppler boosting o relativistic beaming, legato alla rotazione del disco. Da questa angolazione, il materiale nel disco di accrescimento appare più brillante mentre si sposta verso la Terra e al contrario perde luminosità mentre si allontana da noi.
Foto: © NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Nel 2021 l'Event Horizon Telescope (EHT), che nel 2019 ha realizzato la prima foto di un buco nero, ha rilasciato una nuova immagine "polarizzata", che mostra l'aspetto dello stesso buco nero (M87) attraverso l'equivalente di un filtro polaroid. Questi dati consentono, per la prima volta, l'osservazione del campo magnetico nei pressi dell'orizzonte degli eventi. Leggi la notizia.
Foto: © EHT Collaboration
Foto: © EHT
Foto: © Collaborazione EHT (H/T: Lia Medeiros, xkcd )
