L’ombra del buco nero e la relatività generale: vedere la gravità

Lo studio sull’ombra del buco nero M87 è stato pubblicato su Physical Review Letters.




Un’immagine vale mille parole

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L’ombra del buco nero: visualizzazione della scala creata nello studio per testare le predizioni della relatività generale in merito all’ombra del buco nero M87. (credits: D. Psaltis, UArizona; EHT Collaboration)

Dovreste riconoscere l’ombra del buco nero M87 anche se non siete mai stati nella Galassia Virgo A. Non è complesso ricordarsi il piccolo cerchio arancione che ha emozionato milioni di persone passando alla storia come “la prima foto di un buco nero“. M87 non smette di far parlare di se e continua a rendersi estremamente utile alla ricerca. Grazie al sistema Event Horizon Telescope (EHT), il team di ricerca del Institute for Advanced Study ha studiato l’ombra di M87 scoprendo che le sue dimensioni concordano perfettamente con la relatività generale di Einstein. Questo ha permesso di definire alcune caratteristiche dei buchi neri e del nostro universo in se. Testare la teoria di Einstein è importante perché una teoria generale dell’universo deve comprendere sia la gravità che la meccanica quantistica.

Oltre un secolo di conferme

La teoria della relatività generale -l’idea che la gravità non sia altro che la materia che distorce lo spaziotempo– è rimasta robusta e valida per oltre un secolo. I test includono anche quello effettuato dall’EHT. Nonostante la sua forza teorica, la relatività generale è inconciliabile con la meccanica quantistica, cioè come la scienza comprende il mondo subatomico. A detta di Dimitrios Psaltis, primo autore dello studio, “Ci aspettiamo che una teoria della gravità sia diversa dalla relatività generale, ma ci sono così tanti modi di modificarla. Qualunque sia la teoria corretta non può essere troppo lontana dalla relatività generale, almeno nel caso dei buchi neri”. Keiichi Asada, co-autore, aggiunge che “questa è un nuovo modo di testare la relatività generale utilizzando i buchi neri”.




Osservare la gravità

L’intensa gravità di un buco nero curva lo spaziotempo, fungendo da lente di ingrandimento e facendo sembrare l’ombra più grande. Per ombra si intende l’effetto dato dalla luce assorbita dal buco nero. Anche se la luce non è in grado di “fuggire” dal centro del buco nero, può farcela nella zona più limitrofa dell’orizzonte degli eventi. Il risultato è una zona oscura subito dopo il punto di non ritorno, che da l’effetto di un’ombra. Misurando questa distorsione spaziale attraverso la famosa immagine di M87, il team si è reso conto che le dimensioni dell’ombra sono in perfetto allineamento con le predizioni della relatività generale. “Questo è solo l’inizio, abbiamo dimostrato che è possibile usare l’immagine di un buco nero per testare una teoria della gravità” spiega entusiasta Lia Medeiros, co-autrice. “Il test sarà ancora più potente quando potremo applicarlo al buco nero al centro della nostra galassia, grazie ai telescopi aggiuntivi che stiamo installando e installeremo”.

Simulazione del plasma in rotazione attorno a M87. Il sottile anello luminoso in blu è il limitare di quella che chiamiamo ombra del buco nero. (Cover and video credits: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; IAS.)                                           

Un grosso passo avanti per l’umanità

“Al tempo non sapevamo chiederci la domanda opposta” dice Pierre Christian, co-autore. “Quanto diversa può essere la teoria della gravità dalla relatività generale e risultare ancora consistente con le dimensioni dell’ombra?”. Partendo da questo punto, gli scienziati hanno analizzato un’enorme quantità di possibili modifiche alla teoria della relatività generale. L’ obiettivo era identificare le caratteristiche peculiari di una teoria della gravità che determinano le dimensioni dell’ombra. “In questo modo possiamo scoprire se qualche alternativa alla relatività generale concorda con le osservazione del EHT” continua Medeiros. Secondo Psaltis “tra questo e l’osservazione delle onde gravitazionali siamo alle porta di una nuova era dell’astrofisica dei buchi neri.



Daniele Tolu

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