In questo concetto dell’artista, la gravità intensa di un buco nero distorce la luce che proviene dalla Via Lattea, situata dietro di esso. Questo fenomeno è chiamato lente gravitazionale. Può far sì che la luce di una singola sorgente raggiunga un osservatore più volte, come degli echi luminosi. I ricercatori hanno annunciato la scorsa settimana di aver sviluppato una tecnica per rilevare gli echi di luce causati dalle lenti gravitazionali, provenienti dall’area circostante i buchi neri. Questa tecnica potrebbe aiutarci a misurare i buchi neri. Immagine via ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann.
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Nuovo metodo per misurare i buchi neri

Se si osservasse una luce lampeggiante dietro un buco nero, un singolo lampo potrebbe apparire come se si ripetesse più volte, come un eco. Perché? Perché oggetti massicci come i buchi neri deformano il tessuto dello spaziotempo. Questo significa che i raggi luminosi provenienti da una singola sorgente possono seguire diverse traiettorie curvature intorno ai buchi neri. Alcuni di essi impiegheranno più tempo di altri per raggiungere i nostri occhi. Un team di astrofisici ha riportato questo mese (7 novembre 2024) di aver elaborato una tecnica per rilevare e misurare questi echi luminosi nello spazio deformato attorno ai buchi neri. Hanno affermato che questa nuova tecnica potrebbe aiutare a svelare il mistero dei buchi neri, la cui gravità è così potente da catturare per sempre la luce che si avvicina troppo.

I buchi neri non emettono luce. Quindi, gli scienziati stanno sempre cercando modi innovativi per misurare i buchi neri e quindi apprendere di più su di essi. Questo team afferma che la sua nuova tecnica potrebbe aiutare a misurare la dimensione e la rotazione dei buchi neri. I ricercatori dell’Istituto per gli Studi Avanzati di Princeton, nel New Jersey, hanno guidato questa nuova ricerca. L’Astrophysical Journal Letters, sottoposto a peer review, ha pubblicato il nuovo lavoro il 7 novembre 2024.

A causa dell’immensa gravità attorno a un buco nero, i raggi luminosi vengono deviati attraverso vari percorsi curvi. Questo diagramma mostra che, dopo un singolo lampo di luce vicino a un buco nero, alcuni raggi luminosi viaggiano direttamente verso l’osservatore. Altri eseguono uno o più loop attorno al buco nero prima. Quelli che seguono un percorso più contorto apparirebbero a noi come se venissero da una parte leggermente diversa del cielo. Immagine via George N. Wong et al.

Lente gravitazionale attorno ai buchi neri

Fin dalle prime prove della teoria della relatività generale di Einstein nel 1919, abbiamo compreso che gli oggetti massicci piegano letteralmente lo spaziotempo. Da allora, sappiamo che quando un raggio di luce passa vicino a un oggetto con un’enorme attrazione gravitazionale, il suo percorso si piegherà seguendo la curvatura dello spazio.

Negli ultimi decenni, gli astronomi hanno identificato oggetti massicci nello spazio – comprese galassie massicce e enormi buchi neri – che agiscono come lenti. Un tale oggetto ingrandisce e distorce una sorgente luminosa situata a una distanza maggiore. Gli astronomi chiamano questi oggetti interposti lenti gravitazionali.

La novità qui è il metodo per rilevare e misurare la luce costretta a viaggiare su molteplici rotte attorno a un buco nero interposto. George N. Wong è l’autore principale dello studio. Ha dichiarato:
È stato teorizzato per anni che la luce circoli attorno ai buchi neri, causando echi. Ma tali echi non sono ancora stati misurati. Il nostro metodo offre un piano per effettuare queste misurazioni, che potrebbe potenzialmente rivoluzionare la nostra comprensione della fisica dei buchi neri.

Come hanno fatto?

Gli scienziati sostengono di aver scoperto un modo per separare la debole luce di singoli echi dalla luce più intensa proveniente direttamente dalla materia che orbita attorno al buco nero. Il loro metodo si basa sul confronto dei risultati di due telescopi molto lontani. Utilizza uno sulla Terra e uno nello spazio, in un processo chiamato interferometria a lunghissima base. L’interferometria a lunghissima base è stata la tecnica utilizzata per produrre le prime immagini di un buco nero nel 2019. Quel studio ha utilizzato non solo due, ma più telescopi a terra distribuiti ampiamente sulla Terra.

Il team ha testato la propria tecnica simulando decine di migliaia di istanze di luce che viaggiava attorno al buco nero supermassiccio M87*. Si trova a 55 milioni di anni luce di distanza, al centro della galassia M87.

Eureka! Hanno scoperto che il loro metodo è in grado di misurare quanto a lungo i fotoni in eco siano stati ritardati prima di raggiungere un osservatore.
Questa immagine, rilasciata dall’Osservatorio Australe Europeo il 27 marzo 2024, mostra il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea in luce polarizzata. Un metodo simile potrebbe essere utilizzato per rilevare la luce che riecheggia intorno ai buchi neri. Immagine via EHT Collaboration/ ESO.

Migliorare il modo in cui misuriamo i buchi neri

È importante notare che la lunghezza di questo ritardo nell’eco è determinata sia dalla massa che dalla rotazione del buco nero. Ed è per questo che questa ricerca potrebbe essere una grande notizia per gli astrofisici. Lia Medeiros, uno degli autori dello studio, ha spiegato:

Questo metodo non solo sarà in grado di confermare quando la luce orbitante attorno a un buco nero è stata misurata, ma fornirà anche un nuovo strumento per misurare le proprietà fondamentali del buco nero.

Abbiamo metodi per calcolare la rotazione e la massa dei buchi neri, ma non sono del tutto affidabili. Il disco di accrescimento – il brillante anello rotante di materiale attorno al buco nero – può interferire con queste misurazioni. Essere in grado di verificare questi valori mediante ritardi nell’eco luminoso darebbe agli scienziati una maggiore sicurezza nella misurazione delle proprietà fondamentali dei buchi neri.
Il metodo di rilevamento degli echi non è ancora stato testato al di fuori delle simulazioni. Ma, secondo i ricercatori, mettere in pratica il piano è perfettamente alla portata delle attuali capacità scientifiche.

Insomma: Gli astronomi affermano di aver sviluppato un nuovo metodo per rilevare la luce che riecheggia attorno ai buchi neri. Potrebbe aiutarli a misurare la dimensione e la rotazione dei buchi neri.
Fonte: Misurare gli echi luminosi dei buchi neri con l’interferometria a lunghissima base
Fonte: Istituto per gli Studi Avanzati
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