La collaborazione internazionale dell’Event Horizon Telescope (EHT), composta da oltre 400 scienziati, ha recentemente pubblicato una nuova serie di risultati che spingono ancora più in là i confini della nostra comprensione. Tra immagini rivoluzionarie, nuove tecniche di analisi e progetti futuri ambiziosi, il biennio 2024-2025 si sta rivelando un periodo straordinariamente fertile per l’astrofisica dei buchi neri.
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Sagittarius A*
Nel marzo 2024, l’EHT ha pubblicato un’immagine polarizzata di Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero al centro della nostra galassia. Per la prima volta, è stato possibile osservare la struttura del campo magnetico nelle regioni immediatamente circostanti l’orizzonte degli eventi. I dati rivelano la presenza di campi magnetici forti e ordinati, disposti in una configurazione a spirale. Questo suggerisce che, come nel caso di M87*, anche Sgr A* possa essere in grado di generare getti di plasma, sebbene non visibili con gli attuali strumenti.
La luce polarizzata, che è sensibile all’orientamento del campo magnetico, è stata fondamentale per questo risultato. I modelli numerici suggeriscono che la presenza di un campo toroidale può influenzare significativamente l’efficienza dell’accrescimento, modulando l’energia dissipata e la formazione di strutture turbolente. Inoltre, il confronto tra i dati osservativi e le simulazioni magnetoidrodinamiche relativistiche (GRMHD) ha rafforzato l’ipotesi che Sgr A* operi in un regime di accrescimento radiativamente inefficiente (RIAF), un modello in cui gran parte dell’energia liberata dall’accrescimento viene trasportata via da venti e non emessa come radiazione.
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L’immagine rivela, la struttura del campo magnetico vicino all’orizzonte degli eventi del buco nero al centro della Via Lattea. Le linee indicano la direzione della polarizzazione della luce.
M87: un buco nero in evoluzione
Nel gennaio 2024, l’EHT ha pubblicato nuove immagini del buco nero M87* basate su dati raccolti nell’aprile 2018. L’ombra del buco nero risulta coerente con quella osservata nel 2017, confermando le previsioni della Relatività Generale con precisione sorprendente. Tuttavia, la regione più luminosa dell’anello ha cambiato posizione, spostandosi da sud-est a sud-ovest. Questo cambiamento riflette la dinamica caotica del disco di accrescimento, la cui emissione è dominata da radiazione di sincrotrone di elettroni accelerati.
Le immagini polarizzate hanno evidenziato una topologia del campo magnetico sorprendentemente ordinata, compatibile con modelli in cui la rotazione del buco nero e del disco induce un effetto dinamo che amplifica e struttura le linee di campo. Questo sostiene il modello di Blandford-Znajek come meccanismo principale per l’estrazione di energia rotazionale, alimentando i getti.
Un elemento aggiuntivo emerso dall’analisi è la conferma della stabilità a lungo termine dell’ombra, che può essere sfruttata per mettere vincoli sulla geometria dello spaziotempo nelle vicinanze del buco nero: eventuali deviazioni dalla metrica di Kerr avrebbero prodotto segni visibili tra le campagne osservative.
I pannelli a sinistra mostrano le immagini di M87* ottenute dall’EHT durante le campagne osservative del 2018 e del 2017.
Al centro sono riportati due fotogrammi, in momenti diversi, tratti da una simulazione magnetoidrodinamica relativistica generale (GRMHD).
I pannelli a destra mostrano gli stessi fotogrammi della simulazione, sfocati per riprodurre la risoluzione osservativa dell’EHT.
L’immagine di sinistra mostra il buco nero al centro della galassia M87 osservato l’11 aprile 2017, mentre quella a destra corrisponde alle osservazioni del 21 aprile 2018, che includono per la prima volta il Greenland Telescope. In entrambe le epoche si osserva un anello di emissione brillante della stessa dimensione, che circonda un’ombra centrale scura. Nel 2018, tuttavia, la regione più luminosa dell’anello si è spostata di circa 30°, passando alla posizione delle 5 sul quadrante di un orologio, a indicare una variazione nella struttura del plasma in accrescimento.
La più alta risoluzione mai raggiunta da Terra
Nell’agosto 2024, l’EHT ha osservato a 345 GHz raggiungendo una risoluzione di 19 microarcosecondi. A questa frequenza, è possibile penetrare più in profondità nella regione otticamente sottile del flusso di accrescimento, avvicinandosi maggiormente all’orizzonte degli eventi. Questo apre alla possibilità di osservare direttamente l’anello fotonico, la struttura prevista dalle soluzioni della metrica di Kerr, dove i fotoni possono orbitare temporaneamente attorno al buco nero.
Il successo delle osservazioni a 345 GHz ha anche fornito nuove stime sulla composizione del plasma, indicando una possibile dominanza di coppie elettrone-positrone nei getti in uscita. Questo dato è cruciale per la modellizzazione del meccanismo di collimazione e accelerazione relativistica. Inoltre, ha consentito di affinare i modelli di radiazione e confrontare le proprietà spettrali osservate con quelle attese nei diversi regimi di accrescimento.
NGC 1052: verso l’immagine completa di un buco nero con getto
Il 2025 ha visto una delle campagne più ambiziose: l’imaging di NGC 1052. Questo buco nero si distingue per la presenza di due getti relativistici fortemente asimmetrici, interpretati come effetto Doppler. Le nuove osservazioni EHT hanno messo in evidenza la struttura del campo magnetico alla base dei getti, supportando le simulazioni GRMHD in cui l’energia elettromagnetica domina nella regione prossima al buco nero (regime Poynting-fluxdominated).
Inoltre, l’inclinazione del getto rispetto alla linea di vista e la simmetria delle componenti polarizzate forniscono nuove informazioni sulla geometria del sistema e sulla distribuzione angolare del flusso di materia. È un passo cruciale per unificare i modelli di getto da buchi neri stellari a supermassicci, suggerendo una scala universale dei processi fisici coinvolti.
Campagna 2017: uno sguardo collettivo sui nuclei attivi
Il riesame della campagna 2017, pubblicato nel 2025, ha permesso di studiare in dettaglio 16 nuclei attivi, offrendo una panoramica sulla varietà delle strutture jet-launching. Alcuni oggetti mostrano configurazioni compatte, altri estensioni lineari già a scala milliarcosecondo. Questa eterogeneità suggerisce un legame tra le proprietà della galassia ospite, la massa del buco nero e la modalità di accrescimento.
In particolare, sono emerse correlazioni tra l’intensità della polarizzazione e l’efficienza radiativa del flusso di accrescimento, indicando che i campi magnetici ordinati sono più frequenti nei sistemi dominati da accrescimento ad alta efficienza. Questi risultati gettano luce sulle condizioni iniziali necessarie alla formazione di getti stabili e potenti.
Immagini dinamiche e nuove tecniche
Le nuove metodologie di imaging dinamico selettivo permettono ora di costruire sequenze temporali di immagini, selezionando finestre osservative con copertura uv ottimale. Le prime applicazioni su Sgr A* suggeriscono fluttuazioni su scale di pochi minuti, compatibili con orbite quasi circolari nel regime gravitazionale forte.
Questo tipo di analisi apre alla possibilità di misurare direttamente la frequenza orbitale del gas e confrontarla con le previsioni di GR, distinguendo tra metrica di Kerr e possibili alternative (come buchi neri con carica, spin elevati, o oggetti compatti alternativi come gravastar o wormhole).
Il futuro: più telescopi, più frequenze, forse anche nello spazio
Le osservazioni simultanee a 86, 230 e 345 GHz permetteranno una tomografia del plasma, distinguendo le regioni interne (otticamente sottili) da quelle più esterne (più luminose ma opache). L’aggiunta di nuovi telescopi in posizioni strategiche dell’emisfero sud migliorerà la copertura uv-plan, riducendo le incertezze ricostruttive.
Nel lungo termine, le proposte per l’interferometria spaziale prevedono orbite altamente ellittiche e piani inclinati, al fine di generare una distribuzione tridimensionale delle linee di base. Questo tipo di configurazione consentirà di campionare il dominio delle frequenze spaziali in modo molto più denso e isotropo, permettendo l’imaging ad altissima dinamica e risoluzione. I progetti futuri potrebbero includere anche osservazioni nello spettro X o gamma in coordinamento con missioni spaziali per un approccio veramente multimessaggero.
Un’impresa globale
Grazie a questo sforzo scientifico collettivo, supportato da infrastrutture di calcolo distribuite e avanzati algoritmi di calibrazione e ricostruzione, stiamo imparando a vedere ciò che era invisibile. I buchi neri non sono più solo predizioni matematiche: sono oggetti osservabili, dinamici, in grado di testare le leggi fondamentali della fisica in condizioni mai replicate sulla Terra.
L’avventura dell’Event Horizon Telescope continua.
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L’articolo è pubblicato in COELUM 274 VERSIONE CARTACEA
