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venerdì 12 aprile 2019

Come predire l'immagine di un buco nero

Dopo aver ricapitolato alcune informazioni che non avevo inserito nell'articolo sul Cappellaio Matto, in una giornata un po' più tranquilla mi metto ad esaminare l'articolo di Jean-Pierre Luminet(1) dove simula per la prima volta un buco nero ruotante. Il fisico-matematico, che può essere considerato in qualche modo come uno dei teorici fondamentali per lo sviluppo della topologia cosmica, esamina il problema dell'immagine di un buco nero in maniera decisamente puntuale. La questione essenziale è riuscire a determinare quali elementi cercare per fotografare un buco nero, perché, fino a che la tecnologia non lo consente, sono quegli stessi elementi che le simulazioni devono utilizzare per fornire un'immagine plausibile da confrontare poi con i dati. Il punto è se il buco nero è statico o ruotante. Nel primo caso il buco nero non produce alcun segnale rilevabile, come ad esempio una qualche radiazione elettromagnetica o delle onde gravitazionali e la sua In quest'ultimo caso, questi ha un così detto disco di accrescimento, ovvero della materia che gli ruota intorno. E nel 1979, anno in cui Luminet scriveva il suo articolo(1), si iniziava a studiare in maniera sempre più puntuale e precisa proprio il disco di accrescimento e probabilmente questa fu la principale motivazione per cercare di simulare la possibile forma presa dalla materia intorno a un buco nero.
Con queste premesse e utilizzando la massa relativistica del buco nero e il periastro (l'equivalente del perielio, ovvero il punto più vicino al Sole di un'orbita di un suo pianeta) è possibile rappresentare le curve isoradiali, corrispondenti alle traiettorie di materia emessa a un raggio $r$ costante dal buco nero centrale:

Curve isoradiali con osservatore a 30° rispetto al piano del disco

Curve isoradiali con osservatore a 10° rispetto al piano del disco
E queste curve, che possiamo considerare come la base per tutte le simulazioni dell'ambiente circostante a un buco nero, sono molto simili a quanto alla fine osservato dall'Event Horizon Telescope(2).
E visto che nel frattempo le tecniche di simulazione sono migliorate nel tempo, ha senso chiudere la breve serie dedicata a M87* con la TedX di Katie Bouman, la giovane scienziata computazionale che ha sviluppato l'algoritmo che ha permesso di ottenere la fotografia a partire dai dati dell'EHT:

  1. Luminet, J. P. (1979). Image of a spherical black hole with thin accretion disk. Astronomy and Astrophysics, 75, 228-235. 
  2. The Event Horizon Telescope Collaboration et al. (2019). First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, Volume 875, Number 1. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7 

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