Einstein ha ancora ragione: le dimensioni dell’ombra del buco nero supermassiccio in M87 è in perfetto accordo con la relatività generale. I risultati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters

Il buco nero supermassiccio nel cuore di una galassia a 55 milioni di anni luce di distanza ha fornito alla relatività il suo test più rigoroso. M87 *, il buco nero “più fotogenico” dell’Universo, è stato studiato ed osservato, grazie all’Event Horizon Telescope, per rendere la relatività generale 500 volte più forte. Sebbene la relatività generale sia ottima per prevedere e comprendere le interazioni gravitazionali, è matematicamente incompatibile con la meccanica quantistica (le regole che ci aiutano a modellare le interazioni non gravitazionali tra gli oggetti). Ciò ha portato gli scienziati a cercare modifiche e persino alternative alla relatività generale. L’obiettivo è una teoria unificata che descriva tutte le forze nello stesso modo. 

Ci aspettiamo che una teoria completa della gravità sia diversa dalla relatività generale, ma ci sono molti modi in cui è possibile modificarla“, ha spiegato l’astrofisico Dimitrios Psaltis dell’Università dell’Arizona. “Abbiamo scoperto che qualunque sia la teoria corretta, non può essere significativamente diversa dalla relatività generale quando si tratta di buchi neri. Abbiamo davvero ridotto lo spazio delle possibili modifiche“.

M87
L’anello in blu è il bordo di ciò che chiamiamo l’ombra del buco nero.
Credit: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; Ias

L’immagine di M87*

L’immagine dell’ombra di un buco nero e di un anello di materiale caldo che gli turbinava intorno, ha dato agli scienziati dato nuovi modi per testare la relatività generale. Uno di questi era la dimensione dell’ombra. Questa ombra è la regione oscura al centro della massa vorticosa di materiale, definita dall’orizzonte degli eventi , il punto in cui anche la velocità della luce è insufficiente per raggiungere la velocità di fuga dell’attrazione gravitazionale del buco nero. Ciò significa che nessuna luce può brillare all’interno di un buco nero. Poiché l’effetto è gravitazionale, la dimensione della regione può essere prevista in base alla relatività generale.

M87* è un buco nero supermassiccio 6,5 ​​miliardi di volte la massa del Sole. La matematica della relatività generale può utilizzare questa massa per prevedere una dimensione molto precisa del vuoto oscuro, o ombra, da cui la luce non può sfuggire. Quando l’immagine del buco nero è stata ottenuta per la prima volta la dimensione dell’ombra era quella prevista.

M87
L’immagine dell’orizzonte degli eventi del buco nero al centro della galassia M87.
Credit: Event Horizon Telescope

A quel tempo, non eravamo in grado di porre la domanda opposta: quanto può essere diversa una teoria della gravità dalla relatività generale ed essere ancora coerente con la dimensione dell’ombra?” ha detto l’astrofisico Pierre Christian dell’Università dell’Arizona. “Ci siamo chiesti se ci fosse qualcosa che avremmo potuto fare con queste osservazioni al fine di selezionare alcune delle alternative“.

I test sulla relatività generale

La relatività generale ha superato diversi test nel Sistema Solare. Il modo in cui l’orientamento dell’orbita di Mercurio si sposta attorno al Sole è uno. Un altro è il modo in cui la luce delle stelle si piega lungo la curvatura dello spaziotempo attorno a un oggetto massiccio come il Sole. Misurazioni precise delle distanze tra i pianeti ne forniscono un’altra. Diverse modifiche alla relatività generale hanno anche superato i test del sistema solare. Quindi il team ha raccolto queste modifiche basate sul Sistema Solare per testarle con M87 *. Piuttosto che testarle effettivamente nel loro insieme, per ogni teoria alternativa della gravità, il team ha identificato le caratteristiche uniche che prevedono l’ombra di un buco nero.

Utilizzando il misuratore che abbiamo sviluppato, abbiamo dimostrato che la dimensione misurata dell’ombra del buco nero in M87 * restringe il margine di manovra per modifiche alla teoria della relatività generale di Einstein di quasi un fattore di 500, rispetto ai test precedenti nel sistema solare“, ha detto l’astrofisico Feryal Özel dell’Università dell’Arizona.

Buco nero
Credit: Wielgus et al., ApJ, 2020

Ciò non significa che la relatività generale non possa essere contraddetta, e la ricerca per farlo continua, non perché gli astrofisici odino la relatività generale, ma perché ogni test fornisce nuovi vincoli e nuovi strumenti per il test successivo sperando che ci porti sempre più vicini ad una compatibilità tra relatività generale e meccanica quantistica.

Diciamo sempre che la relatività generale ha superato tutti i test a pieni voti“, ha detto Özel. L’Event Horizon Telescope sta diventando sempre più potente. Tre nuovi telescopi si sono recentemente aggiunti all’array globale e l’anno prossimo verrà intrapresa una nuova osservazione. Questo, si spera, fornirà immagini a risoluzione ancora più elevata dell’ombra di un buco nero, a cui possiamo eseguire test ancora più rigorosi. “Insieme alle osservazioni delle onde gravitazionali, questo segna l’inizio di una nuova era nell’astrofisica dei buchi neri“, ha detto Psaltis.

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