buco nero

Gli astronomi sono pronti per «fotografare» per la prima volta un buco nero


Con il nuovo Event Horizon Telescope

Fin da quando la prima volta da Jon Michell, in una lettera alla Royal Society nel 1783, i buchi neri hanno catturato l’immaginazione degli scienziati, scrittori, registi e altri artisti. Forse parte del fascino è che questi oggetti enigmatici non sono mai stati effettivamente “visto”. Ma questo potrebbe ora essere destinato a cambiare come un team internazionale di astronomi sta collegando una serie di telescopi sulla Terra nella speranza di rendere la prima immagine in assoluto di un buco nero.

I buchi neri sono regioni dello spazio all’interno del quale la forza di gravità è così forte che nulla – nemmeno la luce – può sfuggire. La loro esistenza è stata predetta matematicamente da Karl Schwarzchild nel 1915, come una soluzione di equazioni poste nella teoria della relatività generale di Albert Einstein.

Gli astronomi hanno avuto prove circostanziali per molti decenni che i buchi neri supermassicci – un milione a un miliardo di volte più massicce del nostro Sole – sono al cuore di galassie massicce. Ecco perché possono vedere l’attrazione gravitazionale che hanno sulle stelle che orbitano attorno al centro galattico. Quando sovralimentati con materiale dall’ambiente circostante galattica, anche espellono piume rilevabili o getti di plasma a velocità vicine a quella della luce. L’anno scorso, l’esperimento LIGO ha fornito la prova ancora più rilevando notoriamente increspature nello spazio-tempo causata da due buchi neri di media di massa che uniti milioni di anni fa.

Ma mentre ora sappiamo che esistono buchi neri, domande riguardanti la loro origine, l’evoluzione e l’influenza nell’universo rimanere all’avanguardia della moderna astronomia.

Cattura di una piccola macchia sul cielo

Sul 05-14 Aprile 2017, il team dietro la Event Horizon Telescope spera di testare le teorie fondamentali della fisica buchi neri, cercando di prendere la prima immagine in assoluto di orizzonte degli eventi di un buco nero (il punto in cui la teoria predice nulla può sfuggire) . Collegando un allineamento globale di radiotelescopi insieme per formare l’equivalente di un telescopio gigante delle dimensioni della Terra – utilizzando una tecnica nota come Very Long Baseline Interferometry e la sintesi della Terra-di apertura – scienziati scrutare il cuore della nostra galassia Via Lattea, dove un nero buco che è volte 4m più massiccio del nostro sole – Sagittarius A * – si nasconde.

Gli astronomi sanno che è un disco di polveri e gas che orbita attorno al buco nero. Il percorso la luce da questo materiale avviene sarà distorto nel campo gravitazionale del buco nero. La sua luminosità e il colore sono inoltre tenuti a essere alterati in modo prevedibile. Gli astronomi di firma rivelatori sperano di vedere con la Event Horizon Telescope è una forma di mezzaluna luminosa piuttosto che un disco. E possono anche vedere l’ombra di orizzonte degli eventi del buco nero sullo sfondo di questo materiale vorticoso vivacemente splendente.

L’array collega nove stazioni che misurano il globo – alcuni singoli telescopi, altre collezioni di telescopi – in Antartide, Cile, Hawaii, Spagna, Messico e Arizona. Il “telescopio virtuale” è stato in sviluppo per molti anni e la tecnologia è stata testata. Tuttavia, questi test inizialmente rivelato una limitata sensibilità e una risoluzione angolare che era insufficiente per sondare fino alle scale necessarie per raggiungere il buco nero. Ma l’aggiunta di sensibili nuovi array di telescopi – tra cui l’Atacama Large Millimeter Array in Cile e il Polo Sud Telescope – darà alla rete una spinta tanto necessaria al potere. E ‘un po’ come mettere su spettacoli e improvvisamente di essere in grado di vedere entrambi i fari da una macchina in arrivo, piuttosto che una singola macchia di luce.

Il buco nero è una fonte compatta sul cielo – la sua vista a lunghezze d’onda ottiche (luce che possiamo vedere) è completamente bloccata da grandi quantità di polveri e gas. Tuttavia, telescopi con una risoluzione sufficiente e operativo al più, di radio millimetriche lunghezze d’onda in grado di scrutare attraverso questa nebbia cosmica.

La risoluzione di qualsiasi tipo di telescopio – nei minimi dettagli che è possibile distinguere e misurato – di solito è citato come un piccolo angolo corrispondente al rapporto delle dimensioni di un oggetto alla sua distanza. La dimensione angolare della luna come si è visto dalla Terra è di circa mezzo grado, o di 1800 secondi d’arco. Per qualsiasi telescopio, maggiore è la sua apertura, il più piccolo dettaglio che può essere risolto.

La risoluzione di un singolo radiotelescopio (in genere con un’apertura di 100 metri) è di circa circa 60 secondi d’arco. Questo è paragonabile alla risoluzione dell’occhio umano nudo e circa un cinquantesimo del diametro apparente della luna piena. Ma collegando molti telescopi, la Event Horizon Telescope sarà in procinto di raggiungere una risoluzione di 15-20 microarcsecond (0,000015 secondi d’arco), corrispondente ad essere in grado di spiare un chicco d’uva alla distanza della Luna.

Che cosa c’è in gioco?

Anche se la pratica di collegare molti telescopi in questo modo è ben noto, particolari sfide ci attendono per la Event Horizon Telescope. I dati registrati in ogni stazione della rete saranno spediti ad un impianto di elaborazione centrale dove un supercomputer combinerà con attenzione tutti i dati. Diverso tempo, le condizioni atmosferiche e del telescopio su ciascun sito richiede la calibrazione accurata dei dati in modo che gli scienziati possono essere sicuri tutte le funzioni che trovano nelle immagini finali non sono artefatti.

Se funziona, l’imaging del materiale all’interno della regione buco nero con una risoluzione angolare paragonabile a quello del suo orizzonte degli eventi si aprirà una nuova era di studi buco nero e risolvere un certo numero di grandi domande: esistono neppure orizzonti degli eventi? Funziona la teoria di Einstein in questa regione di estrema gravità forte o abbiamo bisogno di una nuova teoria per descrivere la gravità così vicino a un buco nero? Inoltre, come sono i buchi neri nutriti e come viene espulso materiale?

Potrebbe anche essere possibile anche l’immagine dei buchi neri al centro delle galassie vicine, come la galassia ellittica gigante che è al centro del nostro cluster locale di galassie.

In definitiva, la combinazione di teoria matematica e la comprensione fisica profonda, collaborazioni scientifiche internazionali globali e notevoli, tenace progressi a lungo termine all’avanguardia fisica sperimentale e l’ingegneria sembrano destinati a far rivelare la natura dello spazio-tempo una caratteristica distintiva dei primi del 21 ° secolo la scienza.

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