Il buco nero che si nasconde

Torno di nuovo al famoso buco nero al centro di M87, questa volta con un video dalla IGTV dell'Osservatorio di Brera: nel video qui sotto vedrete Gabriele Ghisellini, che oggi pomeriggio ha spiegato ciò che ha capito sulla foto del buco nero in un seminario scientifico interno, spiega cos'è la zona nera all'interno della zona colorata della foto.
Altri dettagli sul sito dell'Osservatorio.

Cosmo Brain: M87

Non sono ancora riuscito a sistemare l'audio della puntata di Cosmo Brain dedicata al pi greco, ma nel frattempo Ilaria Ferrari e Laura Paganini, le due ideatrici del programma, hanno lasciato i lidi di Radio Bla Bla per portare Cosmo Brain verso una... nuova dimensione!
La prima puntata di questa nuova avventura, per ora un podcast su Mixcloud, è una chiacchierata sui buchi neri, e in particolare su quello al centro della galassia M87, insieme con Filippo Bonaventura. Ovviamente il riferimento alla "nuova dimensione" non è casuale, visto che in molti romanzi di fantascienza un buco nero è una porta verso un universo parallelo o per l'accesso a una qualche sorta di tunnel spaziotemporale che permette di accorciare le distanze cosmiche.
Bando, però, alle ciance, vi lascio con la nuova puntata:

Le grandi domande della vita: Il buco nero e il gravitone

L'evento centrale di metà aprile è stato il rilascio della prima fotografia di un buco nero. Dopo aver scritto una serie di tre articoli dedicati all'importante risultato scientifico/tecnologico, ritorno sulla questione grazie a una domanda particolare che è giunta sul profilo instagram di Sandro Ciarlariello, di cui prima di iniziare a rispondere alla domanda nel dettaglio segnalo l'articolo dedicato alla questione.

Una questione di gravitoni

La domanda è presto detta:

Se la gravità fosse mediata da gravitoni, come farebbero questi a uscire dall'orizzonte degli eventi?

Non è la prima volta che questa domanda viene posta, quindi si riescono a trovare un po' di risposte in giro, ma nessuna di queste mi è sembrata sufficientemente soddisfacente⁽¹⁾, così provo a fornire una mia personale risposta.
Prima di tutto vorrei fissare il punto di vista della relatività generale di Albert Einstein: questa è una teoria geometrica in cui la gravitazione viene interpretata come la deformazione della curvatura dello spaziotempo indotta dalla presenza della massa. Maggiore è la massa, maggiore è la curvatura e quindi il potere di attrarre oggetti verso il centro della curvatura stessa. Un oggetto non cade nel centro della curvatura se ha la sufficiente energia cinetica per muoversi sul bordo della curvatura stessa. In questa descrizione della gravità non è prevista l'esistenza di alcun bosone messaggero, quindi al momento i gravitoni non possono sfuggire dall'orizzonte degli eventi per il semplice motivo che non sono previsti dalla teoria.
Nel frattempo nel 1916 Karl Schwarzschild scopre che all'interno della relatività generale è prevista l'esistenza di singolarità in grado di curvare lo spaziotempo così tanto che neanche la luce è in grado di sfuggirvi⁽²⁾. La possibile esistenza delle singolarità di Schwarzschild non andava a genio al buon Einstein, che scrisse un articolo di 16 pagine per dimostrare come tali singolarità non possono esistere nella realtà fisica⁽³⁾, affermazione che in qualche modo sembra riecheggiare l'obiezione che il famoso fisico teorico rivolse alla meccanica quantistica.

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:

Una ciambella di luce asimmetrica

La prima fotografia in onde radio di un buco nero⁽¹⁾ ha ormai fatto il giro del mondo. Tutti ne parlano, tutti ne scrivono, incluso il sottoscritto con un lungo articolo al Caffé del Cappellaio Matto.

Tra gli aspetti più curiosi che non ho avuto modo di approfondire più di tanto c'è quello relativo all'asimmetria dell'anello di luce intorno al buco nero. Prima di proseguire, però, permettetemi di spiegare perché mi riferisco alla luce relativamente a un segnale non visibile. In questo caso utilizzo luce come sinonimo di onda elettromagnetica, visto che i due fenomeni sono fondamentalmente inscindibili. Ovviamente, a causa della frequenza, è luce non visibile, ma sempre di luce si parla. Detto ciò, vediamo cosa si trova scritto nel quinto articolo⁽²⁾ della serie di 6 relativamente a questa asimmetria: