Le immagini di un buco nero non catturano un solo istante: la luce che le compone parte in momenti diversi. Uno studio propone un nuovo modello per simulazioni più precise
Normalmente una fotografia rappresenta un momento preciso: che si tratti di uno scatto veloce o di una lunga esposizione, il rapporto con il tempo resta lineare. Vicino a un buco nero, invece, questa logica salta. A causa dell’estrema curvatura dello spaziotempo, i fotoni che compongono una singola immagine possono essere partiti dalla sorgente in istanti diversi, per poi arrivare all’osservatore nello stesso momento. I fisici Daniel Rojas-Paternina, dell’Università Nazionale della Colombia, e Alejandro Cárdenas-Avendaño, della Wake Forest University, hanno pubblicato uno studio in cui chiariscono quando queste differenze nei tempi di percorrenza della luce contano davvero, e quando invece possono essere trascurate.
Il confronto tra “luce veloce” e “luce lenta”
Per anni gli scienziati hanno modellato la luce attorno ai buchi neri con due approcci. Il modello “fast light” tratta l’intera immagine come se fosse scattata in un unico istante, ignorando le piccole differenze nei tempi di emissione dei fotoni: un po’ come fotografare un cane senza preoccuparsi che la luce riflessa dal muso sia partita una frazione di secondo prima di quella riflessa dalla coda. Il modello “slow light”, invece, conserva questi ritardi temporali con precisione. Il problema è che questo secondo approccio richiede una potenza di calcolo molto maggiore: mentre il metodo veloce elabora un singolo fotogramma della materia in caduta alla volta, quello lento deve tenere conto di più istantanee per ogni singolo pixel, dato che ciascuno può corrispondere a un tempo di emissione diverso.
Quando la differenza diventa importante
Se il disco di accrescimento attorno al buco nero cambia lentamente, la scelta tra i due modelli conta poco: la scena resta sostanzialmente la stessa. Se il gas si muove e “lampeggia” rapidamente, un singolo fotogramma può mescolare luce emessa prima e dopo un evento improvviso, come un bagliore improvviso del plasma. In questi casi, ignorare i ritardi temporali produce immagini fuorvianti. Secondo i ricercatori, tutto si riduce a una competizione tra due “orologi”: la velocità con cui cambia il gas incandescente e l’ampiezza della differenza nei tempi di percorrenza dei fotoni.
La soluzione: la “luce brisk”
Per colmare il divario tra i due estremi, i due fisici propongono un approccio intermedio, chiamato “brisk light”. Questo metodo mantiene la struttura dominante dei ritardi temporali riducendo però il costo computazionale rispetto al modello lento completo, avvicinandosi in molti casi ai risultati della “slow light” senza richiederne l’onere di calcolo.
Le prossime sfide osservative
La vera posta in gioco riguarda i futuri osservatori, come il progetto Black Hole Explorer, che punteranno a studiare dettagli più sottili, come gli anelli di fotoni. In questi casi il segnale non dipende dal flusso di materia in caduta, ma dalla geometria stessa dello spaziotempo attorno al buco nero, ed è proprio qui che i ritardi temporali nascosti diventano cruciali. Nel frattempo, la collaborazione dell’Event Horizon Telescope sta lavorando per realizzare un vero e proprio filmato. Quando quel giorno arriverà, ogni fotogramma racchiuderà molto più di quanto sembri: un vero e proprio spaccato di momenti diversi nella storia recente di uno degli ambienti più estremi dell’Universo.
Fonte:
