Il buco nero ad alta definizione

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È dell'ultima ora la notizia che un team internazionale di astronomi, combinando la luce di tre potenti telescopi infrarossi - cioè usando la tecnica della interferometria - ha per la prima volta condotto uno studio ad alta risoluzione della fase di crescita di un buco nero super massiccio al centro di una galassia attiva distante molti milioni di anni luce da noi e nota col nome di NGC 3783. L'osservazione è stata effettuata al Very Large Telescope (VLT) dello European Southern Observatory situato al Cerro Paranal sulle Ande cilene.

Che cos'è l'interferometria? 

La risoluzione angolare di un telescopio, cioè la capacità di un telescopio di vedere come distinti due oggetti estremamente vicini, è tanto migliore quanto più piccolo è il numero che la rappresenta. La risoluzione dipende infatti da due quantità: la lunghezza d' onda (l) della radiazione incidente ed il diametro del telescopio (D). In particolare, la risoluzione è data da l/D cioè è proporzionale alla lunghezza d'onda della emissione ed inversamente proporzionale al diametro dell'antenna o dello specchio del telescopio.
Ne deriva che la risoluzione sarà tanto migliore quanto più piccola è la lunghezza d' onda osservata e/o quanto più grande è il diametro del telescopio.
La tecnica della interferometria consiste nell'usare due o più telescopi i quali, combinando i loro segnali attraverso opportuni cavi, forniscono una risoluzione equivalente a quella di un telescopio di diametro uguale alla distanza tra i singoli telescopi. Non è un caso che l'interferometria sia stata usata per la prima volta dai radioastronomi i quali, avendo a che fare con grandi lunghezza d'onda (dai centimetri ai metri) e non potendo costruire antenne di dimensioni enormi, sono ricorsi alla tecnica interferometrica per aumentare la risoluzione delle misure radio. In ottico ed infrarosso la interferometria è più complicata in quanto si deve superare tutta una serie di problemi legati alla lunghezza d'onda estremamente corta della luce che richiede enorme precisione e stabilità della strumentazione. Tuttavia ci sono ora vari telescopi al mondo equipaggiati con interferometri tra cui il Keck telescope a Mauna Kea in Hawaii ed il VLT in Cile, proprio quello che ha permesso l'osservazione del disco di accrescimento del buco nero.

Lo strumento usato per l'osservazione si chiama AMBER (acronimo di Astronomical Multi Beam combinER), che è un avanzatissimo spettrometro che scompone la luce proveniente dai singoli telescopi, la collima e produce l' immagine finale. AMBER è un prodotto tutto italiano: è stato infatti progettato e costruito dall'Osservatorio Astrofisico di Arcetri dell'Istituto Nazionale di AstroFisica. AMBER lavora nel vicino infrarosso (cioè nella banda immediatamente successiva alla parte rossa dello spettro visibile) ed è capace di fornire una risoluzione spaziale per le sorgenti celesti compatte dell'ordine del milliesimo di secondo d'arco - unità di misura angolare comunemente usata in astronomia che corrisponde a   13,600 di grado.
Per capire l'eccezionale importanza di questa osservazione occorre considerare che per risolvere spazialmente il processo di accrescimento nel buco nero super massiccio al centro di NGC 3783 usando solamente uno dei tre telescopi da 8 metri del VLT, sarebbe stato necessario avere uno specchio di oltre 100 metri di diametro! Non solo, occorre anche far presente che la combinazione della luce da parte singoli telscopi deve essere continuamente corretta con una accuratezza di alcuni micron, cioè circa 10 volte più piccola dello spessore di un capello.

Cosa sono un buco nero e un disco di accrescimento

Un buco nero è una regione di spazio dove la forza di gravità è così intensa che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire da esso. Si forma al termine della vita di una stella di grande massa (più di otto volte la massa del Sole) quando questa ha consumato al suo interno tutto il combustibile nucleare e non ha più l' apporto della pressione generata dalle reazioni nucleari per controbilanciare l'attrazione gravitazionale che tende a far collassare la stella su se stessa. In questo caso si parla di buco nero stellare, in quanto la massa non deve necessariamente essere molto elevata. Un buco nero super massiccio, come quello osservato con il VLT, è il tipo più grande di buco nero, con una massa dell'ordine di milioni o miliardi di volte superiore a quella del Sole (vedi Figura 1 per una rappresentazione artistica). Si ritiene che quasi tutte le galassie, inclusa la nostra Via Lattea, contengano un buco nero super massiccio al loro centro, il cui campo gravitazionale è così intenso da impedire la fuga di qualsiasi forma di materia ed energia che cada dentro di esso. 

Figura 1Una rappresentazione  artistica di un buco nero super massiccio

Osservare un buco nero eliminerebbe qualsiasi dubbio riguardo la sua esistenza ma per definizione un buco nero è un oggetto invisibile. Pertanto gli scienziati che studiano i buchi neri debbono servirsi di osservazioni indirette come ad esempio individuarne la esistenza osservando le interazioni gravitazionali dell'ambiente circostante il buco nero stesso. Attorno a molti buchi neri esiste un disco di accrescimento formato da materiale diffuso, in orbita attorno al buco nero stesso, che emette energia mentre spiraleggia e cade nel buco nero a causa della compressione della forza di gravità sul materiale stesso.

L'interferometria realizzata al Paranal è da considerarsi una pietra miliare nello studio della fase di crescita di un buco nero. Nel loro lavoro, gli astrofisici che hanno effettuato questo esperimento, descrivono il loro risultato come l'aver individuato un anello di polveri calde, nella regione più interna del nucleo della galassia NGC 3783, che segna il passaggio da una miscela di gas e polveri a forma di ciambella, ad un disco gassoso più vicino al buco nero. L'interesse principale degli autori è stato quello di capire in che modo vengano alimentati i buchi neri super massicci per diventare quegli enormi oggetti formati da milioni a miliardi di masse solari che osserviamo oggi e che sono responsabili della potente emissione degli oggetti celesti in cui si trovano, che va dalle onde radio fino ai raggi X.  

Bibliografia: 

VLTI/AMBER observations of the Seyfert nucleus of NGC 3783 di Weigelt, G.; Hofmann, K.-H.; Kishimoto, M.; Hönig, S.; Schertl, D.; Marconi, A.; Millour, F.; Petrov, R.; Fraix-Burnet, D.; Malbet, F.; Tristram, K.; Vannier, M.G. pubblicato in Astronomy & Astrophysics 

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