Vedremo presto buchi neri molto più nitidi. Cosa è cambiato, e come ci riusciremo?
In copertina la prima immagine di un buco nero. Il team che nel 2017 l'ha realizzata ci promette a breve un'immagine dello stesso buco nero ma con risoluzione raddoppiata. Come ci riusciranno?
Il test, dicono, è stato un successo. Tuttavia, c’è ancora assoluto riserbo su cosa abbiano osservato per fare il test.
Il telescopio in questione è il Very Large Baseline Interferometry, cioè il sistema di radio antenne più grande al mondo.
È il telescopio che è riuscito a catturare per primo l'immagine di un buco nero, anzi di due, quello nella galassia M87 nel 2017 e, successivamente, quello al centro della nostra galassia, il buco nero Sagittarius A* nel 2022.
La risoluzione con cui sono state ottenute le immagini permette di vedere alcuni dettagli, tuttavia l'immagine è chiaramente sfocata.
La notizia di questa settimana è che una modifica al telescopio è stata testata con successo, una modifica di fatto ne raddoppia il potere risolutivo, quindi la capacità di distinguere (risolvere) meglio i particolari degli oggetti osservati
Da cosa dipende il potere risolutivo di un telescopio? Proviamo a capire questa importante proprietà.
Il potere risolutivo del telescopio
Per capire cosa significhi per gli astronomi ottenere una maggiore risoluzione angolare possiamo provare con un’analogia che moltissimi di noi, ahimè, capiranno bene.
Immaginiamo di portare abitualmente gli occhiali poiché ci mancano alcune diottrie di vista e di andare ad una visita di controllo dall’oculista. Questi ci fa sedere davanti alla tavola optometrica (lo schermo con lettere via via di dimensione più piccola) e ci chiede di leggerle senza occhiali.
Se i caratteri più grandi per noi sono ben riconoscibili, a mano a mano che passiamo alle righe successive, i caratteri più piccoli diventano sempre più sfocati e illeggibili.
A questo punto, l’oculista con la sua montatura inizia a posizionare una serie di lenti e noi, grazie a queste e alla loro combinazione, via via vediamo i caratteri piccoli sempre meno sfocati fino a quando (si spera!) li vediamo perfettamente nitidi e a fuoco.
Quando gli astronomi osservano gli oggetti celesti a occhio nudo o con piccoli telescopi in qualche modo è come se vedessero questi oggetti sfocati.
Mentre l’oculista elimina la sfocatura e aumenta la risoluzione del nostro occhio utilizzando lenti di opportuna gradazione, l’astronomo elimina la sfocatura e aumenta la risoluzione angolare aumentando la dimensione dello specchio del suo telescopio.
Questo è uno dei principali motivi che cui da sempre si cerca di costruire telescopi sempre più grandi, per osservare gli oggetti sempre più nitidamente, osservarne i particolari grazie ad una maggiore risoluzione angolare.
Altro importante motivo per costruire telescopi con specchi sempre più grandi è la maggiore capacità di raccogliere la luce proveniente da oggetti lontanissimi e quindi con luminosità debolissima.
Naturalmente esiste un limite tecnico alle dimensioni degli specchi, non si possono realizzare telescopi con specchi dal diametro di chilometri!
La tecnica interferometrica
Esiste, tuttavia, una sofisticata tecnica, detta interferometria, che permette di combinare la luce raccolta da diversi telescopi come se fosse stata raccolta da un singolo telescopio, ma del diametro pari alla massima distanza tra questi telescopi.
Ad esempio, il Very Large Telescope (VTL) all’ESO è formato da 4 diversi telescopi ciascuno con specchio dal diametro di 8 metri. Questi 4 telescopi operano sia singolarmente (ottenendo immagini con la risoluzione ottenibile da un telescopio da 8 metri) o tre di essi possono operare interferometricamente, ottenendo una risoluzione tipica di un telescopio gigante dal diametro di 130 metri!
Ma si può fare anche di più. Il telescopio ALMA, sempre dell’ESO, è formato da 66 antenne mobili che possono essere posizionate ad una distanza massima di 12 km, ottenendo quindi la risoluzione angolare tipica di un telescopio con specchio di 12 km!
Ma viene fatto ancor di più. Utilizzando radiotelescopi (cioè telescopi che osservano nella banda delle radioonde) posizionati su continenti diversi, il cosiddetto Very Long Baseline Interferometry (VLBI), vengono raggiunte le massime risoluzioni ottenibili da Terra nella banda radio. E’ come se ad osservare fosse un telescopio grande quando mezza superficie terrestre.
Cosa hanno fatto al VLBI
Tuttavia, oltre ad aumentare le dimensioni degli specchi o la distanza tra i telescopi (nel caso dell'interferometria), esiste anche un altro modo per aumentare la risoluzione angolare, e cioè osservare a lunghezze d’onda più piccole. Se invece di osservare nel visibile (ad esempio a 0.6 micron), potessi utilizzare lo stesso telescopio osservando a 0.3 micron (cioè nell’ultravioletto), la risoluzione raddoppierebbe.
Tuttavia, uno stesso telescopio è costruito per ottimizzare le osservazioni in una specifica banda.
EHT, che sta per Event Horizon Telescope, è una collaborazione internazionale che oltre ad usare il VLBI su scala globale, cerca di diminuire la lunghezza d’onda di osservazione per migliorare la risoluzione.
E’ di questa settimana la notizia che EHT ha condotto con successo un test nel quale è stata verificata la possibilità di ottenere osservazioni ad una lunghezza d’onda di 0.87 mm, rispetto a quella standard di 1.3 mm. Quindi, quasi dimezzando la lunghezza d’onda delle osservazioni si è raddoppiato il potere risolutivo del VLBI.
Ricordiamo che il VLBI è il telescopio con cui sono state ottenute le eccezionali immagini dei due buchi neri SgrA* al centro della Via Lattea nel 2022 e M87 al centro della galassia Virgo nel 2017.
L’eccezionalità di questo progresso tecnologico sta nella possibilità di riosservare gli stessi buchi neri con il doppio di particolari. Naturalmente, di questo raddoppio di risoluzione ne beneficeranno tutte le osservazioni, non solo di buchi neri.