Buco nero: intervista all’astronoma Anna Wolter

Nostra intervista all’astronoma prof.ssa Anna Wolter. Coinvolti oltre 200 ricercatori, 8 telescopi e 13 istituti, più di 10 anni di studi e alcuni mesi per incrociare i dati ed elaborare la fotografia del buco nero.

Una notizia che ha fatto il giro del mondo. La prima foto di un buco nero, un Black Hole, scattata al centro della galassia Messier 87, vicina alle galassie della Vergine, che si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra ed ha una massa 6,5 miliardi di volte quella del Sole.

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La prof.ssa Anna Wolter

Per capire meglio la portata della notizia ed analizzare con maggiore accuratezza i vari effetti della scoperta, abbiamo intervistato la prof.ssa Anna Wolter, ricercatrice Astronoma all’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, esperta di astronomia extragalattica multibanda utilizzando di preferenza dati di alta energia, rappresenta l’Italia nella Rete di Divulgazione Scientifica dell’Osservatorio Europeo Australe (European Southern Observatory, ESO).

Cos’è un Black Hole?

Prof.ssa Wolter, la prima foto di un Black Hole elaborata da Event Horizon Telescope ha fatto il giro del mondo. Ma che cos’è un Black Hole?

«Un buco nero in astrofisica è un oggetto così denso che neppure la luce riesce a sfuggire una volta superata una certa distanza, detta appunto orizzonte degli eventi, da cui il telescopio prende il nome. La forza di gravità dipende dalla massa (più grande è la massa e più grande è la forza) e dalla distanza a cui vi trovate (più vicini e più è intensa). Potete sfuggire a questa “attrazione fatale” solo muovendovi abbastanza velocemente. Ciò è quello che fanno per esempio i pianeti in orbita intorno al Sole, o la Luna in orbita intorno alla Terra. Se riusciste a comprimere il Sole fino a una sfera di 3 km di raggio, la sua forza di gravità alla superficie diventerebbe sempre più intensa, finché la velocità necessaria per sfuggirne diventa maggiore della velocità della luce, che sappiamo, per le teorie attuali, che non si può superare. La distanza dal centro del buco nero a cui la velocità di fuga è pari alla velocità della luce è chiamata orizzonte degli eventi».

Perché è importante questa scoperta?

«La scoperta è fondamentale perché ci dà il modo di osservare direttamente la “forma” del buco nero. In realtà stiamo guardando ancora quello che sta intorno al buco nero, il cosiddetto disco di accrescimento, cioè la materia vicina al buco nero che cadendo verso il buco nero si scalda ed emette luce. La luce che vediamo in questa immagine è luce di lunghezza d’onda “millimetrica”, un colore della luce intermedio tra il visibile e la banda radio. Il fatto che ciò che vediamo sia esattamente ciò che era stato previsto nelle simulazioni ci dice che le teorie che usiamo oggi sono valide per descrivere la realtà fino ai confini dei nostri strumenti».

Buco nero: Einstein aveva ragione

Questa immagine conferma la Teoria della Relatività di Einstein. Che vuol dire?

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Questa immagine raffigura un buco nero supermassivo in rapida rotazione circondato da un disco di accrescimento

«La relatività fu confermata per la prima volta giusto 100 anni, con la spedizione di Sir Eddington per misurare la deviazione della luce di una stella dovuta alla presenza di una massa, in quel caso il Sole durante un’eclissi. “La materia dice allo spazio come curvarsi, lo spazio dice alla materia come muoversi.” così J.A. Wheeler spiegava la relatività. Anche la recente osservazione di onde gravitazionali dovute allo scontro e fusioni di buchi neri è stata un’ottima conferma della relatività generale. Mentre è relativamente semplice osservare gli effetti della relatività in campi gravitazionali deboli, è molto più difficile ottenere prove e misure della relatività in ambienti di elevata gravità e perciò ogni conferma è fondamentale. In questo caso stiamo osservando il campo prodotto da uno dei buchi neri più massicci di cui conosciamo l’esistenza.

Il fatto che la teoria della relatività generale di Einstein continua a essere confermata ci dice che possiamo continuare a usarla per le nostre previsioni, per esempio per far funzionare i satelliti che ci danno le coordinate GPS. E che non è ancora necessario inventare una nuova teoria che ci spieghi l’Universo».

Da un punto di vista scientifico, quali scenari apre?

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Le immagini del buco nero sono state catturate dall’Event Horizon Telescope (EHT), un “consorzio” internazionale di 8 radiotelescopi terrestri

«Da oggi siamo in grado di studiare direttamente la forma dell’emissione di luce intorno al buco nero e perciò di ricavare direttamente alcune informazioni che finora abbiamo derivato indirettamente dal comportamento della materia a maggior distanza dal centro della galassia. Per esempio queste misure hanno permesso una stima indipendente e accurata della massa del buco nero: 6,5 miliardi di volte la massa del Sole, con un incertezza del 10%. I buchi neri sono oggetti relativamente semplici, la maggior parte delle loro proprietà dipende unicamente dalla massa e, se ruotano, dalla loro rotazione. La stima della massa è perciò la misura chiave per un buco nero».

Il buco nero e la vita quotidiana

Quali ricadute pratiche dà questa scoperta?

«Se per ricadute pratiche si intende qualcosa di “utile” per il grande pubblico, credo che sia presto per dirlo. Le ricadute pratiche delle scoperte scientifiche di solito si vedono dopo qualche anno dalla scoperta. Spesso si tratta di innovazioni tecnologiche che vengono studiate per raggiungere lo scopo scientifico ma poi si scopre che servono per molti altri scopi. Gli studi di astronomia X per esempio hanno portato ai rivelatori usati per la sicurezza negli aeroporti, oppure ad applicazioni mediche di diagnostica fine. In questo caso mi aspetto che molte delle soluzioni tecnologiche che sono state utilizzate per questo strumento avranno una ricaduta sulla società. Di sicuro il trattamento di grandi moli di dati (i cosiddetti Big Data) è di importanza sempre più vasta, ma anche la capacità di assegnare un tempo alle singole misure con una precisione altissima potrebbe avere in futuro un impiego in qualche altra attività quotidiana».

Buco nero: il ruolo della ricerca italiana

In questa importante ricerca, che ruolo ha avuto l’Italia?

«L’Italia partecipa alla ricerca attraverso il suo contributo all’ESO, partner e gestore di una delle strutture osservative fondamentali per l’EHT: ALMA, l’Atacama Large Millimeter- Submillimeter Array. ALMA è composta da 66 antenne di alta precisione, disseminate a distanze che raggiungono i 16 chilometri. Questa collaborazione globale tra l’Europa (ESO), l’America (NSF) e l’Asia (NINS) è il più grande telescopio astronomico a terra attualmente in funzione. I telescopi che oggi compongono l’EHT sono stati ALMA, APEX, il telescopio IRAM da 30 metri, il James Clerk Maxwell Telescope, il Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, il Submillimeter Array, il Submillimeter Telescope e il South Pole Telescope. Hanno prodotto petabyte di dati grezzi che sono stati portati per via area negli istituti Max Planck Institute for Radio Astronomy e MIT Haystack Observatory, dove sono stati combinati per mezzo di super-computer altamente specializzati chiamati correlatori.

E poi non dobbiamo dimenticare che molti dei ricercatori che lavorano sia per ESO che per altri partner di EHT sono italiani: hanno studiato e si sono formati nelle scuole italiane, che dimostrano ancora di essere tra le migliori al mondo nel dare una solida base di conoscenza agli scienziati italiani che a volte continuano a lavorare in Italia e a volte trovano successo all’estero».

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Su quali progetti stanno lavorando l’INAF e l’ESO?

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L’infografica mostra i “movimenti” di un buco nero . Credit: ESO/N. Bartmann/A. Broderick/C.K. Chan/D. Psaltis/F. Ozel

«L’INAF è coinvolta nelle principali missioni internazionali nella maggior parte degli ambiti di ricerca astronomici. È all’avanguardia nello studio delle onde gravitazionali (GW). In particolare, alcuni ricercatori sono stati protagonisti dell’identificazione del primo evento GW che ha prodotto luce, lo scontro tra due stelle di neutroni. E ci hanno spiegato che veramente i metalli pesanti, come l’oro, si formano dalla fusione catastrofica di queste stelle densissime. All’estremo opposto troviamo lo studio dei pianeti extrasolari: dalla teoria alla costruzione di strumenti di misura non solo per trovare nuovi pianeti ma anche per studiarne le caratteristiche e in particolare l’atmosfera.

L’ESO invece è l’osservatorio da terra più produttivo al mondo, con più di mille articoli all’anno basati su dati dei telescopi ESO, in prima linea VLT e ALMA. Al momento è in corso la costruzione del più grande occhio rivolto al cielo, il telescopio ELT (Extremely Large Telescope): uno specchio da 39m di diametro che dalla cima del Cerro Armazones, per mezzo di tecniche all’avanguardia, ci darà immagini 15 volte migliori di quelle attualmente prodotte dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Oltre alla partnership in ALMA, ESO è entrato recentemente a far parte della collaborazione che costruirà in Cile la schiera di telescopi CTA (Cerenkov Telescope Array) per individuare i fotoni astronomici di altissima energia. Il quartier generale dell’Osservatorio CTA è stato recentemente stabilito in Italia».

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