Gli astronomi rivelano la prima immagine del buco nero nel cuore della nostra galassia

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Gli astronomi rivelano la prima immagine del buco nero nel cuore della nostra galassia

12 maggio 2022

Washington, DC  – Durante una conferenza stampa ospitata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti con la Event Horizon Telescope Collaboration a Washington, DC, gli astronomi hanno svelato la prima immagine del buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea. Questo risultato fornisce prove schiaccianti che l’oggetto sia davvero un buco nero e fornisce preziosi indizi sul funzionamento di tali giganti, che si pensa risiedano al centro della maggior parte delle galassie. L’immagine è stata prodotta da un team di ricerca globale chiamato Event Horizon Telescope, o EHT, Collaboration, utilizzando le osservazioni di una rete mondiale di radiotelescopi. 

L’immagine è uno sguardo a lungo atteso sull’enorme oggetto che si trova proprio al centro della nostra galassia. Gli scienziati avevano già visto stelle in orbita attorno a qualcosa di invisibile, compatto e molto massiccio al centro della Via Lattea. Ciò suggerisce fortemente che questo oggetto – noto come Sagittario A* (Sgr A*, pronunciato “sadge-ay-star”) – sia un buco nero e l’immagine odierna ne fornisce la prima prova visiva diretta.

Anche se non possiamo vedere il buco nero stesso, poiché è completamente scuro, il gas incandescente attorno ad esso rivela una firma rivelatrice: una regione centrale scura (chiamata “ombra”) circondata da una struttura ad anello brillante. La nuova vista cattura la luce piegata dalla potente gravità del buco nero, che è quattro milioni di volte più massiccio del nostro Sole.

“Siamo rimasti sbalorditi dal modo in cui le dimensioni dell’anello concordavano con le previsioni della teoria della relatività generale di Einstein”, ha affermato lo scienziato del progetto EHT Geoffrey Bower dell’Istituto di astronomia e astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Queste osservazioni senza precedenti hanno notevolmente migliorato il nostro capire cosa succede al centro della nostra galassia e offrire nuove intuizioni su come questi buchi neri giganti interagiscono con l’ambiente circostante”. I risultati del team EHT sono stati pubblicati oggi in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters.

https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results

Poiché il buco nero si trova a circa 27.000 anni luce dalla Terra, ci sembra avere all’incirca le stesse dimensioni nel cielo di una ciambella sulla Luna. Per immaginarlo, il team ha creato il potente EHT, che ha collegato insieme otto radio osservatori esistenti in tutto il pianeta per formare un unico telescopio virtuale “delle dimensioni della Terra” [1]. L’EHT ha osservato Sgr A* per più notti, raccogliendo dati per molte ore di seguito, in modo simile all’utilizzo di un lungo tempo di esposizione su una fotocamera.

La svolta segue il rilascio nel 2019 della collaborazione EHT della prima immagine di un buco nero, chiamato M87*, al centro della più distante galassia Messier 87.

I due buchi neri sembrano notevolmente simili, anche se il buco nero della nostra galassia è più di mille volte più piccolo e meno massiccio di M87* [2]. “Abbiamo due tipi completamente diversi di galassie e due masse di buchi neri molto diverse, ma vicino al bordo di questi buchi neri sembrano sorprendentemente simili”, afferma Sera Markoff, copresidente dell’EHT Science Council e professore di astrofisica teorica all’Università di Amsterdam, Paesi Bassi. “Questo ci dice che la Relatività Generale governa questi oggetti da vicino, e qualsiasi differenza che vediamo più lontano deve essere dovuta a differenze nel materiale che circonda i buchi neri”.

Questo traguardo è stato notevolmente più difficile che per M87*, anche se Sgr A* è molto più vicino a noi. Lo scienziato EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, dell’Osservatorio Steward e del Dipartimento di Astronomia e del Data Science Institute dell’Università dell’Arizona, negli Stati Uniti, spiega: “Il gas in prossimità dei buchi neri si muove alla stessa velocità — veloce quasi come la luce, attorno a Sgr A* e M87*. Ma mentre il gas impiega giorni o settimane per orbitare attorno al più grande M87*, nel molto più piccolo Sgr A* completa un’orbita in pochi minuti. Ciò significa che la luminosità e la configurazione del gas attorno a Sgr A* stavano cambiando rapidamente mentre la collaborazione EHT lo osservava, un po’ come cercare di scattare una foto nitida di un cucciolo che si insegue rapidamente la coda”.

I ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi strumenti sofisticati che spiegassero il movimento del gas attorno a Sgr A*. Mentre M87* era un obiettivo più facile e stabile, con quasi tutte le immagini che sembravano uguali, non era il caso di Sgr A*. L’immagine del buco nero di Sgr A* è una media delle diverse immagini estratte dal team, rivelando finalmente per la prima volta il gigante in agguato al centro della nostra galassia.

Lo sforzo è stato possibile grazie all’ingegno di oltre 300 ricercatori provenienti da 80 istituti di tutto il mondo che insieme costituiscono la EHT Collaboration. Oltre a sviluppare strumenti complessi per superare le sfide dell’imaging di Sgr A*, il team ha lavorato rigorosamente per cinque anni, utilizzando supercomputer per combinare e analizzare i propri dati, il tutto compilando una libreria senza precedenti di buchi neri simulati da confrontare con le osservazioni.

Di questi supercomputer, l’analisi nel documento cinque include quasi 80 milioni di ore di CPU sul supercomputer NSF Frontera e 20 milioni di ore di CPU su NSF Open Science Grid. Il South Pole Telescope (SPT) della NSF e l’International Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un telescopio gestito dal National Radio Astronomy Observatory (NRAO) della NSF, sono stati due dei sette telescopi utilizzati per raccogliere i dati delle immagini nel 2017.

Gli scienziati sono particolarmente entusiasti di avere finalmente le immagini di due buchi neri di dimensioni molto diverse, il che offre l’opportunità di capire come si confrontano e contrastano. Hanno anche iniziato a utilizzare i nuovi dati per testare teorie e modelli su come si comporta il gas attorno ai buchi neri supermassicci. Questo processo non è ancora completamente compreso, ma si ritiene che svolga un ruolo chiave nel plasmare la formazione e l’evoluzione delle galassie.

“Ora possiamo studiare le differenze tra questi due buchi neri supermassicci per ottenere nuovi preziosi indizi su come funziona questo importante processo”, ha affermato lo scienziato EHT Keiichi Asada dell’Istituto di Astronomia e Astrofisica, Academia Sinica, Taipei. “Abbiamo immagini per due buchi neri – uno all’estremità grande e uno all’estremità piccola dei buchi neri supermassicci nell’Universo – quindi possiamo andare molto oltre nel testare come si comporta la gravità in questi ambienti estremi che mai”.

I progressi sull’EHT continuano: un’importante campagna di osservazione nel marzo 2022 ha incluso più telescopi che mai. La continua espansione della rete EHT e significativi aggiornamenti tecnologici consentiranno agli scienziati di condividere immagini ancora più impressionanti e filmati di buchi neri nel prossimo futuro.

“Questa immagine è una testimonianza di ciò che possiamo realizzare quando, come comunità di ricerca globale, uniamo le nostre menti più brillanti per rendere possibile ciò che apparentemente è impossibile. La lingua, i continenti e persino la galassia non possono ostacolare ciò che l’umanità può realizzare quando ci riuniamo per il bene più grande di tutti. Questo è un momento storico in cui vediamo il buco nero nel cuore della nostra Via Lattea come un traguardo raggiunto dopo decenni di intense ricerche di scoperta guidate dalla curiosità. NSF è orgogliosa di essere un partner internazionale che investe in questa ricerca innovativa e nell’infrastruttura che rende possibili queste fantastiche scoperte”, ha affermato il direttore di NSF Sethuraman Panchanathan.

Notes

[1] The individual telescopes involved in the EHT in April 2017, when the observations were conducted, were: the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), the Atacama Pathfinder Experiment (APEX), the IRAM 30-meter Telescope, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the UArizona Submillimeter Telescope (SMT), the South Pole Telescope (SPT). Since then, the EHT has added the Greenland Telescope (GLT), the NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) and the UArizona 12-meter Telescope on Kitt Peak to its network. 

ALMA is a partnership of the European Southern Observatory (ESO; Europe, representing its member states), the U.S. National Science Foundation (NSF), and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, together with the National Research Council (Canada), the Ministry of Science and Technology (MOST in Taipei), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), and Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI; Republic of Korea), in cooperation with the Republic of Chile. The Joint ALMA Observatory is operated by ESO, the Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) and the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, a collaboration between the Max Planck Institute for Radio Astronomy (Germany), the Onsala Space Observatory (Sweden) and ESO, is operated by ESO. The 30-meter Telescope is operated by IRAM (the IRAM Partner Organizations are MPG (Germany), CNRS (France) and IGN (Spain). The JCMT is operated by the East Asian Observatory on behalf of the Center for Astronomical Mega-Science of the Chinese Academy of Sciences, NAOJ, ASIAA, KASI, the National Astronomical Research Institute of Thailand, and organizations in the United Kingdom and Canada. The LMT is operated by INAOE and UMass, the SMA is operated by Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian and ASIAA, and the UArizona SMT is operated by the University of Arizona. The SPT is operated by the University of Chicago with specialized EHT instrumentation provided by the University of Arizona. 

The Greenland Telescope (GLT) is operated by ASIAA and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). The GLT is part of the ALMA-Taiwan project and is supported in part by Taipei’s Academia Sinica (AS) and MOST. NOEMA is operated by IRAM and the UArizona 12-meter telescope at Kitt Peak is operated by the University of Arizona.

[2] Black holes are the only objects we know of where mass scales with size. A black hole a thousand times smaller than another is also a thousand times less massive. 

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More Information

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes; the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University and the Smithsonian Astrophysical Observatory.