La foto che prova l’esistenza di un buco nero al centro della Via Lattea

Fotografato il buco nero Sgr A* al centro della nostra galassia

ROMA – Ora ne abbiamo la certezza. Quell'”oggetto compatto supermassivo al centro della Galassia” scoperto da Reinhard Genzel e Andrea Ghez che valse loro il Nobel per la Fisica nel 2020 era un buco nero.

Per anni abbiamo raccolto indizi fortissimi della presenza di un buco nero di 4 milioni di volte la massa del Sole con un raggio dell’orizzonte degli eventi di circa 6 milioni di chilometri. Si osservavano delle stelle che si muovevano a delle velocità elevatissime, migliaia di km al secondo, intorno a un corpo invisibile che non emette luce, ma che doveva contenere una massa enorme, stimabile utilizzando le leggi di Keplero. Ancora si parlava di un oggetto compatto supermassivo perchè non si aveva la certezza che si trattasse di un buco nero.

Oggi con la prima fotografia di Sagittarius A ne abbiamo la certezza. Si vede un disco scuro al centro circondato da una struttura molto brillante a forma di anello che si forma dalla deflessione della luce causata dalla curvatura del buco nero emessa da materiale che gli orbita attorno. Questo materiale non cade dentro il buco, ma appunta gli orbita intorno come fanno i pianeti attorno al sole formando quello che viene chiamato disco di accrescimento.

Il disco scuro che si vede al centro non è il buco nero vero e proprio, ma la sua ombra. È importante perchè segnala la presenza dell’orizzonte degli eventi, la frontiera di non ritorno, che è la proprietà che definisce il buco nero.

L’ombra di questo buco nero è la proiezione ingrandita con una specie di effetto lente dell’orizzonte degli eventi che si staglia contro uno sfondo luminoso. La corona luminosa intorno sono le radiazioni che riescono a sfuggire all’orizzonte degli eventi. La cosa interessante è che da qualsiasi punto di osservazione l’immagine dell’ombra del buco nero sarebbe sempre la stessa questo perchè dipende solamente dalla curvatura dello spazio tempo e non dall’orientazione del disco di accrescimento.
Come l’abbiamo fotografato? Osservando il centro della nostra Galassia nella direzione della costellazione del Sagittario da cui infatti prende il nome di Sagittarius A*.

La lettera A indica la nube più luminosa mentre l’asterisco è stato introdotto per indicare che si tratta di una sorgente molto potente. Ma quanto è distante? Circa 27 mila anni luce. Sarebbe come riuscire a fotografare, dalla Terra, una ciambella posata sul suolo lunare. Per poter catturare un oggetto di dimensioni astromicamente piccolissime avremmo dovuto costruire un telescopio con un diametro simile a quello terrestre. Perchè il potere risolutivo di un telescopio aumenta all’aumentare del diametro (circa 10 mila chilometri).

Per oltrepassare questo limite tecnico i ricercatori sono dovuti ricorrere alla tecnica del Very Long Baseline Interferometry. In pratica si utilizzano delle antenne disposte anche a migliaia di chilometri l’una dall’altra per simulare un telescopio virtuale delle dimensioni terrestri. Le antenne osservano simultaneamente lo stesso oggetto, ciascuna antenna registra i propri dati che poi vengono spediti a un correlatore che li sincronizza, li processa per ottenere delle immagini.

E così abbiamo messo in rete un telescopio nel deserto del Cile con uno in Spagna, un altro alle Hawaii, un altro ancora in Messico e negli anni si sono aggiunti punti di osservazione in Arizona, in Antartide, in Groenlandia e in Francia. Il progetto ha preso il nome di Event Horizon Telescope e più di 350 persone hanno aderito a questa collaborazione con l’obiettivo di fotografare un buco nero per la prima volta, con scienziati di più di cento istituzioni sparsi in Nord e Sud America, Europa, Africa meridionale e Asia orientale. Un team internazionale di cui fanno parte anche ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dell’Università Federico II di Napoli e dell’Università di Cagliari.

I ricercatori si sono raggruppati in diversi team di esperti per affrontare le diverse sfide delle osservazioni: ad esempio, la messa in fase degli array di telescopi per lavorare come un’unica parabola, l’equipaggiamento dei telescopi nei diversi siti, la post-elaborazione dei dati nei centri di correlazione, la calibrazione dei dati, l’imaging, l’interpretazione delle immagini ottenute e la produzione di simulazioni numeriche da confrontare con le osservazioni.

Grazie a questo sistema di telescopi in rete siamo riusciti a vedere già due buchi neri: il primo al centro della galassia M87, fotografato nel 2019, e adesso Sagittarius A al centro della via Lattea.
Ottenere quest’ultimo risultato però è stato molto più difficile rispetto al precedente, anche se Sagittarius A è molto più vicino a noi. Il team ha dovuto sviluppare nuovi sofisticati strumenti di analisi dati per tener conto del moto del gas intorno a Sagittarius A, che impiega pochi minuti a completare un’orbita attorno a questo buco nero. Il buco nero al centro della galassia M87 è molto più grande e il gas, che si muove alla stessa velocità (prossima a quella della luce) attorno a entrambi i buchi neri, impiega giorni o addirittura settimane per orbitare intorno ad esso: era dunque un target più stabile e quasi tutte le immagini avevano lo stesso aspetto. Non è accaduto lo stesso per Sagittarius A. L’immagine del buco nero al centro della nostra galassia è una media delle diverse immagini estratte dal team, svelando finalmente questo oggetto per la prima volta.