La prima fotografia di un buco nero

Approfondimenti Cronaca Fotografica La prima fotografia di un buco nero

Ieri l’ESO (European Southern Observatory) ha pubblicato il risultato di anni di ricerca e investimenti: la prima immagine – o fotografia, a seconda di quale sia la linea che imponiamo a ciò che è e ciò che non è una fotografia – di un buco nero. O meglio, dell’Orizzonte degli Eventi di un buco nero.

Ma procediamo a piccoli passi.

EHT: Event Orizon Telescope

L’EHT è un progetto internazionale di ricerca, nato con l’obiettivo di studiare Sagittarius A, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea, e M87, un altro buco nero supermassiccio, al centro della galassia Virgo.

L’EHT consiste in una rete di radiotelescopi, distribuiti nel mondo, che ottengono dati sincronizzati tramite maser all’idrogeno, dei particolari orologi atomici che sfruttano l’idrogeno al posto del cesio. Ciò che ne risulta, è un enorme radiotelescopio virtuale avente come diametro quello terrestre, con una risoluzione angolare di 25 μas ad una lunghezza d’onda di 1.3mm. Per fare un esempio, 1 μas (microarcosecondo) corrisponde alla grandezza apparente di un punto su un libro lasciato sulla Luna, visto dalla Terra.

Event Horizon Telescope (EHT) e Global mm-VLBI Array (GMVA)
Event Horizon Telescope (EHT) e Global mm-VLBI Array (GMVA)

Questo è il “trucchetto” che ha permesso al team di scienziati di aggirare il limite fisico – costruire fisicamente un telescopio di tali dimensioni è infatti impossibile con le tecnologie attuali – nonostante le enormi complicazioni che una tecnologia del genere possa creare.
La tecnica utilizzata, la Very Long Baseline Interferometry, è una tecnica di interferometria astronomica. I dati, dopo esser stati salvati su dei supporti, vengono trasferiti fisicamente ad un centro di elaborazione, per poi essere elaborati.

Ogni antenna ha un orologio atomico. I segnali analogici captati dalle antenne sono convertiti in segnali digitali e immagazzinati in Hard Disk insieme ai dati orari forniti dagli orologi. Gli HDD sono poi spediti nel luogo in cui verranno elaborati insieme per ottenere l'immagine
Ogni antenna ha un orologio atomico. I segnali analogici captati dalle antenne sono convertiti in segnali digitali e immagazzinati in Hard Disk insieme ai dati orari forniti dagli orologi. Gli HDD sono poi spediti nel luogo in cui verranno elaborati insieme per ottenere l’immagine

Come funziona realmente?

Per capire la complessità della cosa ci viene in aiuto Rubén Herrero-Illana, appartenente all’ESO: i telescopi che costituiscono l’EHT non sono totalmente dedicati al progetto; vengono infatti utilizzati dagli astronomi durante l’arco dell’anno per osservare una gran quantità di oggetti celesti. Una volta l’anno, tutti i telescopi interrompono la loro tabella di marcia per dare la disponibilità all’EHT. Ma il tempo a disposizione è molto limitato. Durante le campagne d’osservazione, è necessario decidere ogni giorno se utilizzare i telescopi o no. Se si decide di aspettare, i singoli telescopi continueranno a lavorare per conto loro, in caso affermativo invece, ognuno di loro osserverà il buco nero concordato. La decisione è basata principalmente sul meteo. Il problema è avere un buon meteo in tutte le posizioni dei telescopi. Un altro problema consiste nelle comunicazioni con il South Pole Telescope, che è contattabile solamente quando il satellite dedicato è disponibile.

L’elaborazione

I Petabytes di dati (1 PB = 1000 TB), dopo esser stati trasferiti in Hard Disk, e trasportati in un unico luogo, sono stati elaborati grazie ad un algoritmo messo appunto, con anni di studio, da Katie Bouman, una post-doc in informatica del MIT. Ovviamente, il paragone con Margaret Hamilton non è tardato ad arrivare.

Katie Bouman, in un TEDx risalente a due anni fa, spiega il procedimento utilizzato, e le difficoltà incontrate: come è possibile vedere un oggetto che, per definizione, è impossibile vedere? Se zoomiamo abbastanza, ciò che riusciamo a distinguere è un cerchio di luce causato dal plasma incandescente che ruota attorno al buco nero.

L'Orizzonte degli eventi renderizzato per il film Interstellar
L’Orizzonte degli eventi renderizzato per il film Interstellar

In altre parole, il buco nero proietta un’ombra, dal materiale luminoso che gira intorno ad esso, creando la sfera di oscurità vista nella foto e nei rendering. Il cerchio luminoso rivela l’Orizzonte degli eventi, dove l’attrazione gravitazionale diventa così forte da attrarre anche la luce. Le equazioni di Einstein previdero forma e dimensioni dell’anello.

Tuttavia, il buco nero è talmente lontano da noi, che l’anello appare incredibilmente piccolo. E, a causa della diffrazione, sarebbe necessario un telescopio enorme. Per fare un esempio, il più potente telescopio a nostra disposizione, non può ottenere un’immagine della superficie lunare con una buona risoluzione. Il diametro necessario per ottenere un’immagine del buco nero, è quello della Terra. L’ETH risolve questo problema.

Combinando le informazioni dei singoli telescopi dislocati sulla superficie terrestre, i quali si muovono grazie alla rotazione terrestre, è possibile ricostruire l’immagine che un telescopio così enorme potrebbe ottenere. I telescopi singoli infatti, muovendosi, vanno piano piano a coprire i punti dell’immagine non coperti inizialmente. Ciò che fa l’algoritmo, è unire i diversi dati.

Un po’ di numeri

  • 6-8 mesi necessari per trasportare i dati dal South Pole Telescope
  • 8 numero di telescopi costituenti l’ETH
  • 13 numero di organizzazioni partner coinvolte
  • >200 numero di persone direttamente coinvolte nel progetto
  • 55 milioni la distanza del buco nero in anni luce
  • 6.5 miliardi di volte la massa del buco nero M87 rispetto al Sole

Nucleo galattico di Messier87, con ingrandimento sulla posizione del buco nero
Nucleo galattico di Messier87, con ingrandimento sulla posizione del buco nero

Ma è una fotografia?

Come già detto, ciò dipende da cosa noi intendiamo. Un radiotelescopio non utilizza la luce visibile, una macchina fotografica si; in questo caso, sono “semplicemente” stati espressi dei dati in funzione di lunghezze d’onda nel visibile. Si potrebbe quindi contestarne la classificazione. Ma definire solamente “immagine”, una delle fotografie probabilmente più importanti del secolo, è estremamente riduttivo, secondo me.

È emozionante, sia per ciò che rappresenta, sia per la bellezza in sé. È sfocata, è vero; o meglio, la risoluzione è troppo bassa, ma basti pensare alle difficoltà incontrate per perdonare tali banalità. Siamo riusciti per la prima volta ad osservare realmente l’Orizzonte degli eventi di un buco nero e, dopo un secolo, le teorie di Einstein continuano ad essere confermate. L’idea che, grazie alla fotografia, ed ai progressi ingegneristici, siamo in grado di vedere un oggetto del genere, ad una tale distanza, è a dir poco stupefacente.

Leonardo Monaco
Vicedirettore di Shotlight e studente di Ingegneria a Tor Vergata. Appassionato praticamente di tutto ciò che le arti hanno da offrire, dal cinema alla musica, compresa ovviamente la fotografia, lato ingegneristico e lato artistico. Globetrotter, assiduo lettore di romanzi, fumetti e saggi, amante di storia, e chi più ne ha più ne metta. Avere pochi interessi non fa per me

Rispondi

Consigliati dalla redazione

Popolari