La prima immagine in assoluto di un buco nero viene rilasciata oggi. Questo risultato monumentale è stato reso possibile, in parte, dalla leadership chiave e dal finanziamento del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
L’Event Horizon Telescope, o EHT, è una serie globale di radiotelescopi che coinvolge decine di istituzioni e centinaia di scienziati. La scoperta rivoluzionaria dell’EHT è un’immagine del buco nero supermassiccio di Messier 87 (M87) al centro dell’ammasso di galassie Virgo, a 55 milioni di anni luce di distanza. Questo buco nero contiene 6,5 miliardi di volte la massa del sole della Terra.
Sei articoli sono stati pubblicati oggi su Astrophysical Journal Letters per descrivere questo risultato innovativo.
Situato a Cambridge, Massachusetts, il CfA (ex Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) è una collaborazione tra lo Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) e l’Harvard College Observatory.
“Questo realizza il nostro sogno di scattare la prima foto di un buco nero”, ha detto Sheperd (Shep) S. Doeleman, direttore dell’EHT presso CfA. “Ora abbiamo accesso a un laboratorio cosmico di estrema gravità dove possiamo testare la teoria della relatività generale di Einstein e sfidare le nostre ipotesi fondamentali sullo spazio e sul tempo.”
I buchi neri sono oggetti cosmici estremamente compressi che contengono quantità straordinarie di massa all’interno di una piccola regione. Questa massa è avvolta da un orizzonte degli eventi, cioè il confine oltre il quale nulla—nemmeno la luce—può sfuggire dalla potente attrazione gravitazionale del buco nero.
La presenza di questi oggetti influenza l’ambiente circostante in modi estremi, tra cui la deformazione dello spaziotempo e il riscaldamento del materiale circostante a centinaia di miliardi di gradi. La relatività generale prevede che un buco nero getterà un’ombra circolare su questo materiale luminoso e luminoso. L’immagine appena rilasciata di M87 dall’EHT rivela questa ombra.
“Per decenni, abbiamo studiato come i buchi neri inghiottono il materiale e alimentano i cuori delle galassie”, ha detto Ramesh Narayan, professore dell’Università di Harvard e leader nel lavoro teorico dell’EHT. “Vedere finalmente un buco nero in azione, piegando la sua luce vicina in un anello luminoso, è una conferma mozzafiato che i buchi neri supermassicci esistono e corrispondono all’aspetto previsto dalle nostre simulazioni.”
Mentre gli astronomi hanno studiato i buchi neri per molti anni, fare un’immagine richiede un nuovo telescopio con una risoluzione senza precedenti in modo che possa rilevare dettagli fini. Per creare questo, l’EHT combina i segnali provenienti da una serie di otto telescopi esistenti in tutto il mondo, incluso il Submillimeter Array (SMA), situato su Maunakea nelle Hawaii. Come spiega l’ingegnere CfA, Jonathan Weintroub: “La risoluzione dell’EHT dipende dalla separazione tra i telescopi, definita la linea di base, e dalle lunghezze d’onda radio brevi millimetriche osservate. La migliore risoluzione nell’EHT proviene dalla linea di base più lunga, che per M87 si estende dalle Hawai’i alla Spagna.”Weintroub, che co-coordina il gruppo di sviluppo dello strumento dell’EHT, ha aggiunto:” Per ottimizzare la sensibilità di base lunga, rendendo possibili i rilevamenti, abbiamo sviluppato un sistema specializzato che aggiunge insieme i segnali di tutti i piatti SMA disponibili su Maunakea. In questa modalità, la SMA agisce come una singola stazione EHT.”
Dopo aver registrato separatamente i segnali in tutti e otto i telescopi, i dati vengono portati in una singola posizione per essere combinati computazionalmente in ciò che sarebbe misurato da un telescopio di dimensioni terrestri. “L’EHT registra milioni di gigabyte di dati da molti telescopi che non erano originariamente progettati per lavorare insieme”, ha dichiarato Lindy Blackburn, che ha guidato il team EHT per l’elaborazione e la calibrazione dei dati. “Abbiamo sviluppato più percorsi per elaborare e calibrare i dati, utilizzando nuovi algoritmi per stabilizzare computazionalmente l’atmosfera terrestre e per allineare con precisione i segnali da tutti i siti entro trilionesimi di secondo.”
Trasformare i dati EHT in un’immagine richiedeva lo sviluppo di nuovi metodi e procedure. “Non eravamo pronti a pubblicare le nostre immagini fino a dopo aver cercato di romperle in ogni modo possibile”, ha detto Andrew Chael, uno studente laureato ad Harvard presso il CfA, che ha sviluppato una nuova libreria di software di imaging per l’EHT. “Per confermare i nostri risultati, abbiamo confrontato le immagini tra quattro gruppi indipendenti di scienziati utilizzando tre diversi metodi di imaging.”Questi test sono stati progettati e guidati da Katie Bouman, un postdoc CfA che ha ricevuto il suo dottorato in ingegneria elettrica e informatica. Bouman ha detto: “Siamo un crogiolo di astronomi, fisici, matematici e ingegneri, ed è quello che ci è voluto per ottenere qualcosa che una volta si pensava impossibile.”
Michael Johnson, un astrofisico CfA che dirige la scienza locale EHT e gli sforzi di imaging, è entusiasta per il futuro. “La nostra immagine rivela che questo enorme buco nero – abbastanza grande da inghiottire il sistema solare—ancora un getto che si estende per decine di migliaia di anni luce. Espandendo l’EHT può consentire filmati che rivelano le dinamiche di questo sistema vivente, mostrando come il getto trae la sua energia dal buco nero.”
Oltre a quelli sopra elencati, molti altri al CfA hanno contribuito in innumerevoli e inestimabili modi. I seguenti scienziati e ingegneri CfA sono coautori di tutti e sei i documenti: Nel 2007, il gruppo ha pubblicato un album di inediti, intitolato “The World”, in cui è stato pubblicato il singolo “The World”, pubblicato il 20 giugno 2008, “The World”, pubblicato il 20 giugno 2008.
Per un elenco di biografie per gli scienziati CfA che lavorano sull’EHT, visita https://www.cfa.harvard.edu/news/fe2019-01.
L’EHT e molti dei suoi scienziati chiave sono finanziati da una miscela di, contribuente) fonti come la National Science Foundation (NSF) e lo Smithsonian così come la generosità di entità private tra cui la Templeton Foundation e la Gordon and Betty Moore Foundation (GBMF). La NSF ha finanziato il costante avanzamento dell’EHT per oltre un decennio e lo Smithsonian, amministrato attraverso SAO, ha fornito finanziamenti per sette anni. Doeleman ha sovvenzioni dalla NSF e anche dal GBMF e la John Templeton Foundation. Il GBMF finanziato sviluppi tecnici chiave a partire dal 2012 ed è stato fondamentale nella costruzione del gruppo SAO.
SAO è uno dei 13 istituti stakeholder per il consiglio EHT, e il CfA ospita il Centro operativo Array per le osservazioni EHT. La SMA è un progetto congiunto tra lo Smithsonian e l’Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) di Taiwan. Il telescopio Groenlandia, finanziato da ASIAA e SAO, si è unito all’EHT per la sua seconda esecuzione osservativa nell’aprile 2018.
Per ulteriori informazioni sull’EHT e su questo risultato innovativo, visitare eventhorizontelescope.org e seguire @ehtelescope sui social media. Il sito web per il CfA, che è organizzato in sei divisioni di ricerca per studiare l’origine, l’evoluzione e il destino finale dell’universo, è cfa.harvard.edu.
sei rapporti questi risultati in the Astrophysical Journal Letters sono:
Carta: L’Ombra di Supermassive Black Hole
libro II: Array e Strumentazione
Carta III: Elaborazione dei Dati e Calibrazione
Carta IV: Imaging Centrale Supermassive Black Hole
Carta V: Origine Fisica della Asimmetrico Anello
Carta VI: L’ombra e la massa del buco nero centrale
