L’anno scorso, per la prima volta, il mondo ha guardato con meraviglia l’immagine diretta dell’ombra di un buco nero. Ora gli scienziati hanno trovato prove che l’anello attorno a M87* ha un’oscillazione che lo fa sembrare scintillante

L’anno scorso, per la prima volta, il mondo ha guardato con meraviglia l’immagine diretta dell’ombra di un buco nero. Ora, guardando indietro alle immagini precedenti e più grezze, gli scienziati hanno trovato prove che l’anello attorno a M87* ha un’oscillazione che fa sembrare che sia scintillante. L’immagine storica dello scorso anno è stata un’impresa di duro lavoro che ha spinto la nostra tecnologia di osservazione al limite. È stato il culmine di anni di sforzi e pianificazione, ma l’immagine finale è stata composta da una sola settimana di osservazioni, scattate nel 2017.

Negli anni precedenti del progetto Event Horizon Telescope, tuttavia, il team ha effettuato osservazioni dell’obiettivo, il buco nero al centro di una galassia chiamata M87 (situata a 55 milioni di anni luce di distanza dalla Terra), utilizzando array di telescopi prototipo. Tali osservazioni, effettuate tra il 2009 e il 2012, non hanno raccolto dati sufficienti per un’immagine.

M87
L’immagine dell’orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio al centro della galassia Messier 87, proposta nel 2019 grazie a due anni di rilevamenti dei radiotelescopi dell’Event Horizon Telescope. Credit: Event Horizon Telescope

La luminosità dell’anello

Ma, quando gli astronomi cercavano di determinare come cambia nel tempo l’anello attorno al buco nero, hanno scoperto che c’erano dati sufficienti per confermare una simulazione di come fluttua la luminosità dell’anello. “L’anno scorso abbiamo visto un’immagine dell’ombra di un buco nero, costituita da una mezzaluna luminosa formata da plasma caldo che vortica intorno a M87 *, e una parte centrale scura, dove ci aspettiamo che sia l’orizzonte degli eventi del buco nero“, ha spiegato l’astronomo Maciek Wielgus dell’Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. “Sulla base dei risultati dello scorso anno abbiamo posto le seguenti domande: questa morfologia a forma di mezzaluna è coerente con i dati d’archivio? I dati d’archivio indicherebbero dimensioni e orientamento simili della mezzaluna?

Buco nero
Istantanee del buco nero M87 * ottenute tramite imaging / modellazione geometrica e l’array di telescopi EHT nel 2009-2017. Il diametro di tutti gli anelli è simile, ma la posizione del lato luminoso varia. Credit: M. Wielgus, D. Pesce e la collaborazione EHT

Conferme della relatività generale

Il team ha utilizzato un approccio di modellazione statistica basato sul quadro utilizzato per l’analisi dei dati del 2017. Questi dati hanno anche costituito il punto di partenza per il loro modello e i dati ottenuti dagli array prototipo sono stati utilizzati per vincolarlo. E hanno scoperto, come previsto dalla relatività generale, che l’ombra del buco nero, il cerchio al centro dell’anello dorato luminoso, era persistente per tutto il periodo di tempo, mantenendo lo stesso diametro negli anni. Questa è un’ulteriore conferma della natura di M87 *, hanno detto i ricercatori. Mentre quel risultato era previsto, tuttavia, un altro risultato non lo era.

Guardando l’immagine di M87 *, non si può non notare che una parte dell’anello è molto più luminosa. Quell’anello è costituito da polvere e gas che turbinano e si alimentano nel buco nero in un disco di accrescimento, e la luminosità irregolare è un altro effetto previsto dalla relatività generale, chiamato effetto Doppler. Quando una parte dell’anello ruota verso di noi appare più luminosa; la parte che ruota via appare più debole.  Nella loro ricostruzione, il team ha scoperto che quella regione luminosa non è fissata al suo posto: si muove, sembra luccicare. Il team attribuisce questo movimento alla turbolenza nel flusso. E questo ci dice molto sulle regioni intorno a un buco nero supermassiccio e sull’impatto che ha sul materiale circostante.

Poiché il flusso di materia è turbolento, la mezzaluna sembra oscillare con il tempo“, ha detto Wielgus. “In realtà, vediamo molte variazioni, e non tutti i modelli teorici di accrescimento consentono così tante oscillazioni. Ciò significa che possiamo iniziare a escludere alcuni dei modelli basati sulle dinamiche della sorgente osservate“.

Le cause

Potrebbe esserci un numero qualsiasi di cose che causano la turbolenza nel flusso. L’entità della rotazione del buco nero è una. La struttura del campo magnetico nel disco di accrescimento stesso è un’altra. Potrebbe essere guidato da instabilità magnetorotazionale o da un disallineamento nella rotazione del buco nero e nel flusso di accrescimento. Potrebbe anche avere una relazione con la formazione di getti relativistici. Si tratta di potenti flussi di plasma dall’interno dell’anello di accrescimento che vengono accelerati all’esterno dell’orizzonte degli eventi di un buco nero e lanciati nello spazio a velocità relativistiche. Pensiamo di sapere come si formano, ma non ne siamo del tutto sicuri, quindi M87 * potrebbe aiutarci a capirlo.

Buco nero
Un’animazione che mostra il diametro dell’anello e i movimenti coerenti nella misurazione dell’orientamento. Credit: Wielgus et al., ApJ
Studi ed osservazioni future

Poiché i dati precedenti sono relativamente deboli, non è ancora possibile trarre conclusioni. Ma il lavoro dell’Event Horizon Telescope è tutt’altro che finito. Consiste in una rete di radiotelescopi che abbracciano il globo e ogni nuova struttura che aggiunge le sue capacità alla collaborazione aumenta la sua potenza. Un altro telescopio è stato aggiunto per le osservazioni nel 2018: i dati sono attualmente in fase di analisi. Altre osservazioni con altri due telescopi che si uniranno si svolgeranno il prossimo anno.  “Le capacità di imaging avanzate fornite da questo array esteso forniranno una vista più dettagliata sull’ombra del buco nero M87 * e sul getto più interno della galassia radio M87“, ha detto l’astronomo Anton Zensus del Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germania.

Riferimenti:

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