Il telescopio grande come la Terra per guardare i buchi neri



Entrerà in funzione ad aprile l’Event Horizon Telescope (EHT), un telescopio grande quanto la Terra che ci permetterà di vedere i buchi neri.


Molti di voi avranno sicuramente visto almeno qualche episodio di un famoso anime a tema robottoni, Gurenn Lagann, in cui i suddetti mecha assumono dimensioni colossali, quanto la Terra e più. Va da sé che l’idea di costruire una macchina di tali dimensioni è senz’altro qualcosa che stuzzica la fantasia. Ebbene, in realtà non siamo poi troppo lontani da questo obiettivo, dato che grazie all’Event Horizon Telescope (EHT) il nostro pianeta diventerà presto un enorme, singolo telescopio.

Il progetto è concettualmente abbastanza semplice: utilizzare una serie di osservatori e radio-telescopi sparsi in tutto il mondo, sfruttando la tecnica della Very Long Baseline Interferometry. In questo modo è possibile combinarne i segnali, ottenendo un risultato paragonabile a quello che si avrebbe osservando con un radio-telescopio delle dimensioni pari alla massima distanza tra le antenne.

La tecnica in questione non è nuova, e verrà utilizzata anche in altri strumenti futuri, come ad esempio SKA, ma l’obiettivo di EHT è estremamente ambizioso: osservare per la prima volta, in maniera diretta, un buco nero.

Come molti di voi sapranno, un buco nero è tale proprio perché non risulta di fatto visibile. Questi strani oggetti rappresentano infatti lo stadio finale dell’evoluzione di una stella estremamente massiccia, che collassata sotto il suo stesso peso in seguito all’esplosione in supernova, diventa qualcosa di talmente denso e dalla incredibile attrazione gravitazionale che nulla, neppure la luce, riesce a sfuggirne.

Questo accade perché, secondo la teoria della Relatività Generale di Einstein, la struttura dello spazio-tempo viene distorta dalla massa dell’astro; in questo modo le geodetiche che descrivono la struttura del campo gravitazionale, e che rappresentano il percorso più breve seguito per definizione dalla luce, vengono ripiegate su se stesse, rendendo impossibile la fuga degli stessi fotoni precipitati oltre il cosiddetto “orizzonte degli eventi”, ovvero il punto di non ritorno. Diversa è invece l’origine dei buchi neri supermassicci presenti al centro delle galassie, argomento su cui ancora si dibatte tra gli scienziati, ma non il loro principio di funzionamento.

Per questi motivi, un buco nero può essere osservato solo per mezzo dei suoi effetti sull’ambiente circostante, in quanto la sua enorme forza di attrazione tende a creare quello che viene definito disco di accrescimento. La materia, gas, polveri, persino intere stelle, viene attirata e tende a formare un disco che muovendosi a spirale precipita verso il centro.

Tuttavia finora non è mai stata possibile un’osservazione diretta di questo fenomeno, perché (fortunatamente), buchi neri nelle dirette vicinanze del Sistema Solare non ce ne sono, e la loro osservazione è complicata dal fatto che l’ambiente in cui naturalmente vengono a trovarsi è di norma polveroso e turbolento, nel caso di quelli con origine stellare. Nel caso dei buchi neri supermassicci invece, essi sono “affogati” nella luce intensa della miriade di stelle presenti nel centro delle galassie.

Event Horizon Telescope dovrebbe finalmente consentire di aggirare questo problema, grazie alla sua potenza e al fatto che osserverà nella banda radio, meno soggetta a fenomeni di assorbimento da parte di gas e polveri. Le prime osservazioni sono previste per aprile di quest’anno, e l’obiettivo è proprio il motore centrale della Via Lattea, il buco nero supermassiccio Sagittarius A. Questo mostro dotato di una massa di circa 4 milioni di volte quella del nostro Sole, ma con un orizzonte degli eventi stimato in circa 20 milioni di km, rappresenta paradossalmente un bersaglio molto piccolo, se consideriamo il fatto che la Terra si trova a qualcosa come 26000 anni luce di distanza. Queste misure così precise sono state ottenute studiando le orbite di stelle nelle immediate vicinanze del buco nero, ma un’osservazione diretta era finora, per l’appunto, impossibile.

Grazie alla sua risoluzione di 50 microsecondi d’arco (equivalente, per intenderci, all’essere in grado di osservare un’arancia sulla superficie della Luna), EHT abbatterà questo limite. Ci domandiamo a questo punto cosa il telescopio potrebbe “vedere”. In principio dovremmo essere in grado di ottenere un’immagine dell’orizzonte degli eventi e del buco nero stesso, come una sfera oscura (o più che altro come uno spazio vuoto), circondato da un anello luminoso. Qui tuttavia entra in gioco uno dei maggiori obiettivi scientifici del progetto, ovvero la conferma di un ulteriore pezzo della Teoria della Relatività. Se infatti Einstein aveva ragione, a causa del tremendo effetto Doppler dovuto alla presenza del buco nero, il materiale in moto in direzione della Terra dovrebbe apparire come più luminoso rispetto a quello che si sposta in senso opposto. Il risultato è che, invece di un anello, dovremmo piuttosto osservare una sorta di falce di Luna.

Se questo accadrà, come del resto si aspettano gli scienziati, allora ancora una volta tanto di cappello al genio di Einstein; ma se invece dovessimo osservare qualcosa di diverso, ciò potrebbe teoricamente essere ancora più esaltante, perché vorrebbe dire che qualcosa nella Relatività non funziona, e occorre apportarvi delle modifiche.

Per finire, alcuni numeri sullo strumento, che al momento è composto da otto osservatori sparsi su tutto il pianeta, tra cui ALMA ed il South Pole Telescope. I dati raccolti vengono poi inviati presso l’Osservatorio Haystack del MIT, in Massachussets, dove sono analizzati da una rete composta da circa 800 CPU. Senza dubbio un giocattolino interessante, che ci darà i suoi primi risultati verso la fine del 2017 o al più nei primi mesi del 2018.


 

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