Nuove immagini del buco nero rivelano un anello luminoso e soffice e uno sballo

May 13, 2024

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Nel 2017, gli astronomi hanno catturato la prima immagine di un buco nero coordinando le parabole radiofoniche di tutto il mondo in modo che agissero come un unico telescopio delle dimensioni di un pianeta. La rete sincronizzata, conosciuta collettivamente come Event Horizon Telescope (EHT), si è concentrata su M87*, il buco nero al centro della vicina galassia Messier 87. La risoluzione focalizzata sul laser del telescopio ha rivelato un anello luminoso molto sottile attorno a un centro scuro, che rappresenta la prima immagine dell'ombra di un buco nero.

Gli astronomi hanno ora riorientato la loro visuale per catturare un nuovo strato di M87*. Il team, che include scienziati dell’Osservatorio Haystack del MIT, ha sfruttato un’altra rete globale di osservatori – il Global Millimeter VLBI Array (GMVA) – per catturare una visione più ingrandita del buco nero.

Le nuove immagini, scattate un anno dopo le osservazioni iniziali dell'EHT, rivelano un anello più spesso e soffice, più grande del 50% rispetto all'anello segnalato per la prima volta. Questo anello più grande riflette la risoluzione del sistema del telescopio, che è stato regolato per catturare una maggiore quantità di plasma incandescente e surriscaldato che circonda il buco nero.

Per la prima volta, gli scienziati hanno potuto vedere che parte dell'anello del buco nero è costituito da plasma proveniente da un disco di accrescimento circostante: un pancake vorticoso di elettroni incandescenti che, secondo le stime del team, viene riscaldato a miliardi di gradi Celsius mentre il plasma scorre nell'anello. buco nero a una velocità prossima a quella della luce.

Le immagini rivelano anche una scia di plasma fuoriuscito dall’anello centrale, che gli scienziati ritengono essere parte di un getto relativistico espulso dal buco nero. Gli scienziati hanno rintracciato queste emissioni verso il buco nero e hanno osservato per la prima volta che la base del getto sembra connettersi all’anello centrale.

"Questa è la prima immagine in cui siamo in grado di individuare dove si trova l'anello, rispetto al potente getto che fuoriesce dal buco nero centrale", afferma Kazunori Akiyama, ricercatore presso l'Osservatorio Haystack del MIT, che ha sviluppato il software di imaging utilizzato per visualizzare il buco nero. “Ora possiamo iniziare ad affrontare domande come il modo in cui la materia viene catturata da un buco nero e come a volte riesce a fuggire”.

Akiyama fa parte di un team internazionale di astronomi che presenta le nuove immagini, insieme alla loro analisi, in un articolo pubblicato oggi su Nature.

Un occhio espanso

Per catturare immagini di M87*, gli astronomi hanno utilizzato una tecnica in radioastronomia nota come interferometria a base molto lunga o VLBI. Quando un segnale radio passa vicino alla Terra, ad esempio dalle emissioni di plasma di un buco nero, le parabole radiofoniche di tutto il mondo possono captare il segnale. Gli scienziati possono quindi determinare il momento in cui ciascuna parabola registra il segnale e la distanza tra le parabole, e combinare queste informazioni in un modo analogo al segnale visto da un telescopio molto grande su scala planetaria.

Quando ciascun radiotelescopio viene sintonizzato su una frequenza specifica, l'intero sistema può concentrarsi su una particolare caratteristica del segnale radio. La rete dell'EHT era sintonizzata su 1,3 millimetri, una risoluzione equivalente a vedere un chicco di riso in California, dal Massachusetts. A questa risoluzione, gli astronomi potrebbero vedere oltre la maggior parte del plasma che circonda M87* e ottenere l’immagine dell’anello più sottile, accentuando così l’ombra del buco nero.

Al contrario, la rete GMVA funziona con una lunghezza d'onda leggermente più lunga di 3 millimetri, conferendole una risoluzione angolare leggermente inferiore. Con questo focus, la matrice potrebbe risolvere un seme di zucca, piuttosto che un chicco di riso. La rete stessa è composta da una dozzina di radiotelescopi sparsi negli Stati Uniti e in Europa, per lo più posizionati lungo l'asse est-ovest della Terra. Per realizzare un telescopio veramente di dimensioni planetarie in grado di catturare un lontano segnale radio proveniente da M87*, gli astronomi hanno dovuto espandere l'“occhio” del sistema verso nord e verso sud.