Sergio Nuvoli 

Cagliari, 25 marzo 2021 - La prima foto di un buco nero è stata pubblicata quasi due anni fa dalla collaborazione dell'Event Horizon Telescope (EHT). Ieri la stessa collaborazione EHT ha pubblicato nuove immagini che svelano per la prima volta i campi magnetici nei dintorni del buco nero al centro di M87. Come si ricorderà, la prima foto del buco nero in M87, definita da alcuni come la foto del secolo, è stata pubblicata il 10 aprile 2019 e ha fatto subito il giro del mondo.

Uno dei protagonisti di questa impresa secolare è Ciriaco Goddi, laurea e dottorato in Fisica presso il nostro ateneo e attualmente in servizio presso le università olandesi di Nijmegen e Leiden, primo autore di uno dei tre studi pubblicati appena ieri.

Dall’aprile di due anni la collaborazione EHT ha ulteriormente approfondito l’analisi dei dati raccolti fornendo al mondo questa nuova spettacolare immagine: il nuovo scatto è infatti ricavato dagli stessi dati, ma è realizzato attraverso l'equivalente di un filtro polaroid, che ha permesso alla collaborazione di osservare che una frazione significativa della luce attorno al buco nero di M87 è polarizzata.

La polarizzazione è la direzione in cui oscillano le onde di natura elettromagnetica e fornisce informazioni sulla configurazione di campi magnetici nella regione dove la radiazione viene emessa. Si tratta della prima misura della polarizzazione della luce in una regione che si trova praticamente sul “bordo” di un buco nero, sul cosiddetto orizzonte degli eventi. In particolare, l'intensità e l'orientazione della polarizzazione – visibili nell'immagine sotto forma di striature – permettono agli scienziati di mappare le linee del campo magnetico presenti nelle vicinanze dell’orizzonte degli eventi e di studiare il loro effetto sul plasma che accresce sul buco nero.

La maggior parte della materia che si trova vicino al bordo di un buco nero vi precipita dentro. Tuttavia, alcune delle particelle riescono a sfuggire pochi istanti prima di essere catturate, e vengono così scagliate nello spazio sotto forma di getti. È proprio l’interazione tra gravità e campi magnetici che determina il destino delle particelle in orbita intorno al buco nero. Il risultato ottenuto fornisce un contributo fondamentale per spiegare come la galassia M87, che si trova a 55 milioni di anni luce di distanza da noi, emetta dal suo nucleo dei getti energetici, costituiti da particelle che si muovono a velocità prossime a quelle della luce e che si estendono per almeno 5mila anni luce dal suo centro.

“Questi getti di energia e materia - detti relativistici - sono uno dei fenomeni più misteriosi ed energetici in astrofisica – spiega Ciriaco Goddi - Crediamo che questi potentissimi fasci energetici siano emessi in prossimità di buchi neri di miliardi di masse solari che risiedono nel nucleo di galassie attive, Active Galactic Nuclei (AGN). Quelli che fuoriescono dal nucleo di M87 sono stati studiati nel corso degli anni con diversi strumenti, incluso il telescopio spaziale Hubble, ma solo ora siamo riusciti ad ottenere una descrizione completa delle strutture di campo magnetico che li avvolgono”.

Questo lavoro rappresenta pertanto una pietra miliare in questo campo perché aiuta a capire come questi getti sono generati dal campo magnetico nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi. Per osservare il cuore della galassia M87, la collaborazione ha collegato otto telescopi in tutto il mondo, per creare un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra, l'EHT.

Tra questi il potentissimo telescopio ALMA (l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Cile, che ha giocato un ruolo centrale nell'intero processo. ALMA è situato in posizione geografica ottimale per connettere insieme l’intera rete EHT. Sommando i segnali delle sue cinquanta antenne da 12 m, ALMA domina la raccolta complessiva del segnale in luce polarizzata, quindi è fondamentale per ottenere il massimo dai dati EHT. Ed è grazie alle osservazioni di supporto di ALMA che possiamo rivelare queste strutture di campo magnetico dal bordo interno del buco nero fino a ben oltre il nucleo della galassia M87 per migliaia di anni luce.

I risultati sono pubblicati in due articoli distinti in The Astrophysical Journal Letters dalla collaborazione EHT. Inoltre, un terzo articolo sulla stessa rivista, guidato dallo stesso Goddi insieme a tutta la collaborazione, descrive in dettaglio le osservazioni effettuate con ALMA.

La ricerca ha coinvolto oltre 300 ricercatori di molteplici organizzazioni e università in tutto il mondo, incluso colleghi dell’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) e Università Federico II di Napoli. 

Link alla Press Release di ESO: https://www.eso.org/public/italy/news/eso2105/ 

Link alla Press Release di MEDIA INAF: https://www.media.inaf.it/ 

Link agli articoli scientifici

http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe71d

http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de

http://doi.org/10.3847/2041-8213/abee6a

LA NUOVA SARDEGNA del 25 marzo 2021

Cultura e Spettacoli - pagina 47

Intervista con l'astrofisico di Orune Ciriaco Goddi, tra gli autori della scoperta
«Non tutto è inghiottito, getti indecifrabili di energia si propagano nel cosmo»
 

I grandi misteri dell'Universo
Ecco la foto di cosa succede
sul precipizio di un buco nero
 

di Paolo CurreliEra il 10 aprile del 2019 quando per la prima volta veniva pubblicata la foto di un buco nero. Dietro l'evento epocale, che fece il giro del mondo e rese concrete ipotesi fino al quel momento solo teoriche, la stessa cooperazione scientifica dell'Event Horizon Telescope (EHT) che rende nota oggi un'altra importante scoperta: delle nuove immagini svelano per la prima volta i campi magnetici nei dintorni del buco nero al centro della galassia M87, un ammasso della costellazione della Vergine distante dal nostro pianeta 53.490.000 anni luceProtagonista della ricerca, Ciriaco Goddi, 42 anni, orunese, diploma allo scientifico di Bitti e ex studente dell'università di Cagliari, oggi affermato scienziato in servizio nelle università olandesi di Nijmegen e Leiden, e primo autore di uno dei tre studi pubblicati. Abbiamo chiesto a lui di spiegarci questo nuovo risultato storico.«Dall'aprile del 2019, come collaborazione EHT, abbiamo ulteriormente approfondito l'analisi dei dati raccolti nel 2017 - spiega l'astrofisico -. La nuova foto è infatti ricavata dagli stessi dati, ma è vista attraverso l'equivalente di un filtro polaroid, che ci ha permesso di osservare che una frazione significativa della luce attorno al buco nero di M87 è polarizzata». Ma quanto è importante la polarizzazione e cosa ci fa capire, lo spiega meglio sempre Goddi: «Questa è la prima misura della polarizzazione della luce in una regione che si trova praticamente sul "bordo" di un buco nero, sul cosiddetto "orizzonte degli eventi" - commenta Goddi - . In particolare, l'intensità e l'orientamento della polarizzazione (visibili nell'immagine sotto forma di striature) ci permettono di mappare le linee del campo magnetico presenti nelle vicinanze dell'orizzonte degli eventi e di studiare il loro effetto sul plasma che si sviluppa sul buco nero». Le ricostruzioni (basta pensare al film "Interstellar"), ci propongono l'immagine della materia che cade nel buco nero dal precipizio dell'orizzonte degli eventi. «Tuttavia, alcune delle particelle riescono a sfuggire pochi istanti prima di essere catturate, e vengono così scagliate nello spazio sotto forma di getti - dice Goddi -. È proprio l'interazione tra gravità e campi magnetici che determina il destino delle particelle in orbita intorno al buco nero. Il risultato fornisce un contributo fondamentale per spiegare come la galassia M87 emetta dal suo nucleo dei getti energetici, costituiti da particelle che si muovono a velocità prossime a quelle della luce e che si estendono per almeno 5.000 anni luce dal suo centro. Questi getti di energia e materia, detti relativistici, sono uno dei fenomeni più misteriosi ed energetici in astrofisica e pensiamo che siano lanciati da buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo di galassie attive, che chiamiamo AGN - continua Ciriaco Goddi -. Quelli che fuoriescono dal nucleo di M87 sono stati studiati nel corso degli anni con diversi strumenti, incluso il telescopio Hubble, ma solo ora siamo riusciti ad ottenere una descrizione completa delle strutture di campo magnetico che li avvolgono. Questo lavoro rappresenta pertanto una pietra miliare in questo campo perché ci aiuta a capire come questi getti siano generati dal campo magnetico nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi».Per osservare il cuore della galassia M87, la cooperazione scientifica internazionale ha collegato otto telescopi in tutto il mondo, per creare uno virtuale delle dimensioni della Terra: l'EHT appunto. Tra questi il potentissimo telescopio Alma (l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Cile, che ha giocato un ruolo centrale in questa ultima e importante scoperta.«Alma è situato in posizione geografica ottimale per connettere insieme l'intera rete EHT - spiega Ciriaco Goddi -. Sommando i segnali delle sue cinquanta antenne da 12 metri Alma domina la raccolta complessiva del segnale in luce polarizzata, quindi è fondamentale per ottenere il massimo dai dati EHT. È grazie alle osservazioni di supporto di Alma che possiamo rivelare queste strutture di campo magnetico dal bordo interno del buco nero fino a ben oltre il nucleo della galassia M87 per migliaia di anni luce». Le osservazioni Alma hanno riguardato tutto il campione di oggetti studiati da EHT, che include una quindicina circa di sorgenti. Le osservazioni hanno riguardato 9 notti nell'aprile del 2017. La calibrazione e analisi preliminare di tutti i dati, necessaria per pubblicare la prima foto di M87, ha richiesto due anni. Per l'analisi completa dei dati in polarizzazione, necessaria per questo nuovo risultato, ci sono voluti altri 2 anni. «Devo dire che è stato uno sforzo enorme che ho condotto in prima persona, e anche una grande responsabilità, visto che Alma è l'elemento di riferimento nella rete EHT - sottolinea l'astrofisico sardo -. Ma ne è valsa la pena, perché i dati Alma ci hanno consentito oggi di svelare questa nuova immagine di M87 e in futuro saranno fondamentali per ottenere immagini e misure di polarizzazione su tutte le galassie del campione ospitanti buchi neri, incluso ovviamente il nostro centro galattico».I risultati sono stati pubblicati ieri in due articoli distinti in The Astrophysical Journal Letters dal gruppo di scienziati dell'EHT. Inoltre, un terzo articolo sulla stessa rivista, redatto dallo stesso Goddi insieme ai suoi collaboratori, descrive in dettaglio le osservazioni effettuate con Alma. La ricerca ha coinvolto oltre 300 ricercatori di organizzazioni e università in tutto il mondo, incluso gli astrofisici dell'INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) e Università Federico II di Napoli. EHT sta facendo rapidi progressi, con aggiornamenti tecnologici alla rete e l'aggiunta di nuovi osservatori. Le future osservazioni riveleranno più accuratamente la struttura del campo magnetico attorno al buco nero e daranno ulteriori indicazioni sulla fisica dei gas caldi in questa regione.