La prima immagine del buco nero al centro della galassia M87

La galassia M87 è una galassia ellittica gigante (1000 miliardi di masse solari, m=9,6) che venne scoperta da Charles Messier nel 1781 all’interno dell’ammasso della Vergine. Si trova alla distanza di 16 megaparsec (55 milioni di anni luce) ed è circondata da qualcosa come 15 mila ammassi globulari (contro i circa 200 della Via Lattea). Sua grande peculiarità è la presenza (visibile in X, UV e nel radio) di un getto di circa 5000 anni luce uscente dal centro e suddiviso in decine di componenti minori (Fig). La radiazione elettromagnetica emessa dal getto è probabilmente luce di sincrotrone, prodotta da elettroni che si muovono a velocità relativistica (ossia prossima a quella della luce) lungo le linee di forza di un intenso campo magnetico. Si pensa che il getto (che ha probabilmente un gemello nella parte opposta) sia emesso da un buco nero centrale di 6,5 miliardi di masse solari (per confronto la Via lattea ha un buco nero centrale di 4 milioni di masse solari) molto attivo avendo nei paraggi molto materiale da ‘ingoiare’ (per contro il buco nero della Via Lattea è quiescente in quanto attualmente poco alimentato). Le dimensioni del buco nero di M87 sono di circa 40 miliardi di chilometri (4-5 volte le dimensioni del Sistema Solare) e il suo orizzonte degli eventi (ossia la distanza oltre la quale materia e radiazione cadono dentro senza più poter uscire) è circa 2,5 volte maggiore (42 microarcosecondi visto da Terra). La Relatività Generale afferma che questo orizzonte degli eventi assomiglia un po’ a una cascata lungo un fiume: la materia nei dintorni vi si avvicina a velocità sempre maggiore, urtandosi sul bordo (ossia PRIMA di cadere nel buco nero) in maniera talmente violenta da scaldarsi moltissimo fino a emettere un’ampia gamma di radiazione elettromagnetica. Nel contempo, a causa della fortissima gravità, i raggi di luce che rasentano l’orizzonte degli eventi si incurvano entrandogli praticamente in orbita. Quindi l’ orizzonte degli eventi deve apparire come un cerchio, nero all’interno (in quanto NULLA può più fuoruscire) e con il bordo esterno molto brillante: se poi, come altamente probabile, il buco nero ruota (quello di M87 lo fa in senso orario), il bordo del suo orizzonte deve risentire di questa rotazione mostrando, per effetto Doppler, un lato più luminoso (quello che in avvicinamento all’osservatore) e l’altro lato meno luminoso (quello in allontanamento). Tutto questo è rimasta pura teoria fino allo scorso 10 aprile 2019, quando i responsabili del progetto EHT (una sigla che è tutto un programma dal momento che significa Event Horizon Telescope) hanno presentato al mondo intero la prima immagine diretta, ottenuta in 4 notti di lavoro simultaneo, il 5,6,10,11 aprile 2017, da otto radiotelescopi capaci di lavorare a 1,3 millimetri, quindi situati in alcune delle regioni più secche del pianeta (Fig): ALMA e APEX (gli strumenti più performanti), IRAM 30-metri, JCMT-James Clerk Maxwell Telescope (Hawaii), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (Messico), Submillimeter Array (Hawaii), Submillimeter Telescope (Arizona) e South Pole Telescope. Ovviamente, essendo stata realizzata a 1,3 millimetri, i colori (giallo-arancio) dell’immagine che ESO-EHT ha diffuso nel mondo sono falsi colori: otticamente, se fossimo da quelle parti, date le altissime temperature in gioco, vedremmo probabilmente qualcosa di bianco-azzurro. La scelta della lunghezza d’onda di 1,3 millimetri è stata un ottimo compromesso tra l’esigenza di ‘vedere’ attraverso la nebbia di materia che circonda il buco nero e la necessità di avere una risoluzione adeguata (impossibile a lunghezze d’onda maggiori seppur più penetranti), che alla fine ha raggiunto il fantastico valore di 20 microsecondi d’arco. E’ davvero notevole il fatto che in tutti e quattro i giorni di osservazione sono state ottenute immagini identiche (Fig). Per raggiungere questo risultato è stato necessario sincronizzare con orologi atomici le osservazioni di ogni telescopio (circa 350 Terabytes al giorno!) trasportandoli su hard disc speciali in due Istituti (per avere conferma reciproca) che hanno lavorato due anni per mescolare i segnali (il Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germany e il Massachusetts Institute of Technology’s Haystack Observatory) secondo una tecnica denominata VLBI (Very Long Baseline Interferometry).