Gli astronomi (e tutta l'umanità) hanno una vacanza: viene presentata la prima immagine di un buco nero. È stato creato utilizzando l'Event Horizon Telescope (EHT), un telescopio virtuale composto da diversi radiotelescopi in tutto il mondo. L'immagine mostra il materiale attorno a un buco nero supermassiccio al centro di una galassia distante 55 milioni di anni luce. E sì, un buco nero è fisica concentrata, folli fenomeni gravitazionali sull'orlo del possibile e dell'impossibile, condizioni estreme (puoi leggere di più su come funzionano i buchi neri qui). Ma ci sono molte domande.
Un buco nero è difficile da vedere perché è nero?
Non. Cioè sì. È vero: i buchi neri sono neri. Di solito vediamo tutti i tipi di stelle e tutto, perché la luce che emettono raggiunge i nostri telescopi (o direttamente nei nostri occhi) e la registriamo. I buchi neri sono davvero neri. Non emettono luce visibile (a causa di complessi trucchi gravitazionali), quindi non possono essere visti.
Ma questo non è un grosso problema. Se avessimo un buco nero nel nostro sistema solare, lo vedresti. Vedresti la curvatura dello spazio dalla sua presenza e vedresti la sostanza che ruota attorno a questo imbuto. Se hai visto il film Interstellar, mostra approssimativamente una visualizzazione di un buco nero - è stato fatto con l'aiuto dell'astrofisico Kip Thorne.
Il buco nero è difficile da vedere perché è minuscolo. Bene, okay, non piccola come una formica, per esempio. È minuscola nel senso che una persona è minuscola se vista da una distanza di un chilometro. Il termine migliore sarebbe dimensione angolare. Se giri la testa in cerchio, avrai una visuale a 360 gradi a tutto tondo (ma ricordati di girare anche il tuo corpo, altrimenti piegherai il collo). Se tieni il pollice alla distanza di un braccio, si tratta di una dimensione angolare di circa mezzo grado. La luna ha all'incirca la stessa dimensione angolare, quindi puoi coprirla con il pollice.
E la dimensione del buco nero? Sì, è enorme. È anche distante 55 milioni di anni luce. Ciò significa che ci vorranno 55 milioni di anni prima che la luce viaggi così lontano. È incredibilmente lontano. Ma la dimensione angolare ce lo impedisce davvero. Un buco nero (almeno la sua parte visibile) ha una dimensione angolare di circa 40 microarsecondi.
Cos'è un microarxsecond? Come sai, il cerchio è suddiviso in gradi (e lo è da molto tempo). Ogni grado può essere suddiviso in 60 minuti d'arco e ogni minuto è 60 secondi d'arco. Se dividi un secondo d'arco in un milione di parti, ottieni un microarsecondo. Ricorda che la dimensione angolare della luna è di 0,5 gradi (vista dalla Terra)? Ciò significa che la dimensione angolare della luna è 45 milioni di volte più grande della dimensione di un buco nero. Il buco nero è minuscolo in termini di dimensioni angolari.
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Ma non è tutto. A causa della diffrazione, non possiamo vedere oggetti di piccole dimensioni angolari. Quando la luce passa attraverso un'apertura (ad esempio, attraverso un telescopio o nell'occhio), viene diffusa. Si piega in modo tale da interferire con il resto della luce che passa attraverso il foro. Nel caso dell'occhio, ciò significa che le persone possono distinguere oggetti con una dimensione angolare di circa 1 minuto d'arco.
E questo significa anche che qualcosa di piccolo come un buco nero è difficile da catturare in una foto.
Come superare il limite di diffrazione?
Ammettiamolo. Le cose di minuscole dimensioni angolari sono davvero difficili da vedere - come possiamo quindi vedere il materiale attorno a un buco nero? La risoluzione angolare di un telescopio dipende davvero solo da due cose: la dimensione del foro e la lunghezza d'onda della luce. L'uso di lunghezze d'onda più corte (come la radiazione ultravioletta o dei raggi X) offre una migliore risoluzione. Ma in questo caso, il telescopio utilizza la lunghezza d'onda della luce nell'intervallo di millimetri. Questa è una lunghezza d'onda piuttosto lunga rispetto alla luce visibile, che è nella gamma di 500 nanometri.
E questo significa che l'unico modo per superare il limite di diffrazione è ingrandire il telescopio. Cioè, quello che hanno fatto con l'Event Horizon Telescope. Fondamentalmente, è un telescopio delle dimensioni della Terra. Follia, ma vero. Raccogliendo dati da più telescopi in diverse parti del mondo, è possibile combinare i dati per trasformarli in dati da un telescopio GIANT. È vero, devi provare. Ma ci sono problemi anche con questo metodo. Con solo pochi telescopi, il team EHT utilizza una serie di tecniche analitiche per creare l'immagine più probabile dai dati raccolti. Così sono riusciti a "disegnare" materiale attorno al buco nero.
È una foto reale di un buco nero?
Se guardi attraverso un telescopio e vedi Giove, in realtà stai vedendo Giove. Nota: se non l'hai ancora fatto, assicurati di provarlo. Questo è figo. La luce solare rimbalza sulla superficie di Giove e poi viaggia attraverso un telescopio nel tuo occhio. Boom. Giove. È reale.
Ma con un buco nero, le cose sono un po 'diverse. L'immagine che stai vedendo non è nemmeno nell'intervallo visibile. Questa è un'immagine radio creata dalle lunghezze d'onda della luce. Qual è la differenza tra le onde radio e la normale luce visibile? In effetti, la differenza è solo nella lunghezza d'onda.
La luce e le onde radio sono onde elettromagnetiche. Questa è la propagazione di un campo elettrico mutevole insieme a un campo magnetico mutevole (simultaneamente). Queste onde viaggiano alla velocità della luce, perché sono leggere. Tuttavia, poiché la luce radio e visibile hanno lunghezze d'onda diverse, interagiscono con la materia in modo diverso. Se accendi la radio a casa, riceverai un segnale dalla stazione radio più vicina. Queste onde radio viaggiano attraverso le pareti. E quelli visibili non passano.
Lo stesso vale per le immagini. Se hai la luce visibile da un oggetto, puoi vederlo con i tuoi occhi e registrare questa immagine su pellicola o con un registratore digitale. Questa immagine può quindi essere visualizzata sullo schermo di un computer e, di fatto, visualizzata. Ecco come puoi vedere un'immagine della luna.
Per quanto riguarda il materiale attorno al buco nero, questa non è un'immagine visibile. Questa è un'immagine radio. Ogni pixel nell'immagine rappresenta una lunghezza d'onda specifica, ma le onde radio. Le parti arancioni sono rappresentazioni in falsi colori dell'onda di 1 millimetro. Lo stesso accade quando vogliamo "vedere" un'immagine nella gamma degli infrarossi o degli ultravioletti. Dobbiamo convertire queste lunghezze d'onda in ciò che possiamo vedere.
Quindi questo scatto di un buco nero non è una fotografia ordinaria.
Ilya Khel
