Gli astronomi hanno rilevato per la prima volta l’anello fotonico di un buco nero

Nel 2019 ci ha presentato l’Event Horizon Telescope La prima immagine diretta di un buco nero. Era un’immagine potente, ma non era molto dettagliata. Sembra una torta all’arancia nebbiosa. Ad essere onesti, il vero elemento della scoperta erano i dati, non l’immagine. E come ha dimostrato uno studio recente, c’è molto di più nei dati di quanto abbiamo visto.

Una delle cose importanti da capire sull’immagine EHT è che non mostra il bagliore del buco nero stesso. I buchi neri non emettono luce direttamente. E a differenza delle immagini meno dettagliate dei buchi neri supermassicci che abbiamo, il bagliore non è dovuto a getti di plasma o un cerchio di gas super caldo attorno al buco nero. Invece, l’immagine mostra la luce radio che è stata focalizzata dal buco nero.

Un’immagine del buco nero supermassiccio nella galassia M87. Credito: collaborazione EHT

Il buco nero di M87 è immerso nella vicina luce del gas, inclusa la luce radio. Quando un certo raggio di luce passa vicino a un buco nero, la distorsione dello spaziotempo fa cambiare leggermente direzione. Abbiamo osservato molte volte la leggera deviazione della luce da cose come stelle e galassie, ma vicino a un buco nero la luce può cambiare drasticamente direzione. Può girare per girare ad angolo retto, o anche finire per tornare dalla direzione in cui è venuto. Più il percorso è vicino al buco nero, più radicale sarà il cambio di direzione.

La luce passa vicino al buco nero in tutti i tipi di direzioni, ma dalla nostra prospettiva possiamo vedere solo la luce diretta verso di noi. Qualsiasi raggio di luce in orbita attorno al buco nero e diretto verso di noi, dovremmo essere in grado di vedere. Si scopre che un buco nero può fungere da lente davvero potente. La luce può passare vicino al buco nero e concentrarsi direttamente verso di noi. Quindi quello che dovremmo vedere è un sottile cerchio di luce noto come anello fotonico. Parte della destra sarà più luminosa perché la rotazione del buco nero dà anche alla luce una sferzata di energia. La dimensione dell’anello dipende dalla massa del buco nero e la luminosità della regione più luminosa dipende dalla rotazione del buco nero.

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Quando il buco nero è circondato da gas caldo, la luce può essere focalizzata dalla gravità per creare l’ombra del buco nero. Attestazione: Nicolle R. Fuller / NSF

Allora perché l’immagine EHT non mostra l’anello fotonico? Sfortunatamente, la distanza tra noi e il buco nero non è del tutto vuota. C’è ancora una zona circostante di gas freddo, attraverso la quale la luce deve passare per raggiungerci. Parte della luce viene diffusa lungo il percorso, rendendo l’immagine più sfocata di quanto vorremmo. È qui che entra in gioco il nuovo studio.

Il bagliore diffuso dell’immagine EHT ci dice non solo del buco nero ma anche del gas diffuso che circonda il buco nero. Il team ha notato che ci sono due immagini primarie nei dati EHT. Uno è l’anello fotonico stesso e l’altro è il bagliore nebuloso dell’area circostante. Utilizzando nuovi algoritmi di imaging, il team è stato in grado di separare i due, rivelando l’anello fotonico del buco nero.

È un ottimo esempio del potere dell’analisi dei dati in nuovi modi. Le moderne osservazioni astronomiche raccolgono così tanti dati che spesso ci sono molte più informazioni di quanto potremmo sospettare. Man mano che impariamo come elaborare i dati in modo più efficace, possiamo rivelare strati nascosti sotto la superficie.

Riferimento: Broderick, AE, et al. “Anello fotonico in M87 *. ” Giornale astrofisico 935.1 (2022): 61.

Giustina Rizzo

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