La collaborazione scientifica internazionale Event Horizon Telescope (EHT), che ha realizzato la famosissima prima immagine di un buco nero, ora è riuscita a ritrarre, con un livello di dettaglio inedito, il quasar 3C 279, un getto relativistico originato probabilmente dalle vicinanze di un buco nero supermassiccio.

Tra gli studiosi che hanno realizzato la nuova scoperta c’è ancora una volta il ricercatore sardo Ciriaco Goddi. 

La tecnica utilizzata da EHT, chiamata interferometria a base molto lunga (VLBI), ha permesso agli scienziati di studiare la morfologia su scala fine del getto vicino alla sua base, dove si pensa abbia origine un’emissione di raggi gamma molto variabile. I risultati sono pubblicati nel numero di Astronomy and Astrophysics del 7 aprile. La collaborazione EHT continua così a estrarre informazioni fondamentali dalla eccezionale raccolta dati della campagna osservativa globale condotta nell’aprile 2017.

«Comprendere in dettaglio i processi fisici legati alla formazione dei getti relativistici, e il meccanismo di accelerazione e collimazione di questi ultimi, ha rappresentato, da 50 anni a questa parte, uno dei principali filoni di ricerca dell’astrofisica moderna – spiega Ciriaco Goddi, responsabile scientifico del progetto BlackHoleCam, principale partner europeo di EHT –. Oggi, grazie al progetto EHT, possiamo avere finalmente accesso alla base di questi getti giganteschi, che si propagano per migliaia e alle volte milioni di anni luce, e capire la loro relazione fisica dal buco nero centrale».

«Ogni volta che apriamo una nuova finestra osservativa sul nostro universo, esso ci regala nuove emozioni – commenta Mariafelicia De Laurentis, ricercatrice all’INFN e professore all’Università Federico II di Napoli, membro della Collaborazione EHT -. Il risultato ottenuto ci permette ora di avere una maggiore comprensione della natura e dei processi fisici alla base di queste enormi sorgenti di energia: siamo riusciti ad aggiungere un altro tassello al grande puzzle della storia dell’universo».

3C 279, obiettivo di questo studio, è una galassia nella costellazione della Vergine, che gli scienziati classificano come quasar (contrazione di QUASi-stellAR, cioè sorgente “quasi stellare”) perché al suo centro brilla un punto di luce ultra-luminoso e variabile quando enormi quantità di gas e stelle cadono all’interno del un gigantesco buco nero che si trova al suo centro. Il buco nero, la cui massa è circa un miliardo di volte quella del Sole, “ingoia” le stelle e il gas che si avvicinano al suo potente disco di accrescimento per poi espellerne una parte del gas in due sottili getti di plasma a velocità vicine alla velocità della luce.

Questo processo racconta di enormi forze in gioco al suo centro e ora i telescopi di EHT ne mostrano i dettagli, i più nitidi di sempre, con una risoluzione più fine di un anno luce, riuscendo a vedere sia il getto (fino al disco di accrescimento), sia il getto e il disco stessi mentre sono in azione. I dati recentemente analizzati mostrano che il getto, normalmente diritto, ha invece alla base un’inaspettata forma contorta. Inoltre, per la prima volta si osservano delle strutture perpendicolari al getto, che potrebbero essere interpretate come il disco di accrescimento dai cui poli vengono espulsi i getti. Confrontando le immagini nei giorni successivi, si vedono queste strutture cambiare nei minimi dettagli, quindi forse quello che si osserva è la rotazione del disco di accrescimento e della materia che viene disintegrata e cade, un processo che, oltre all’espulsione del getto, in precedenza non era mai stato visualizzato dal vero ma solo tramite simulazioni numeriche.

«I risultati di EHT hanno rivelato la parte più interna del getto di 3C 279, già osservato su grande scala a lunghezze d’onda maggiori con tecniche VLBI – spiega Kazi Rygl, ricercatrice INAF a Bologna nel team scientifico di EHT, che ha lavorato con la collega Elisabetta Liuzzo alla calibrazione dei dati -. Questo nuovo studio ci permette di comprendere meglio i processi fisici e la struttura dei getti nei Nuclei Galattici Attivi».

I telescopi che hanno contribuito a questo risultato sono ALMA, APEX, il telescopio IRAM da 30 metri, il James Clerk Maxwell Telescope, il Large Millimeter Telescope, il Submillimeter Array, il Submillimeter Telescope e il South Pole Telescope. I telescopi lavorano insieme usando una tecnica chiamata interferometria di base molto lunga (VLBI), che sincronizza gli osservatori distribuiti in varie parti del mondo e sfrutta la rotazione del nostro pianeta per formare un enorme telescopio delle dimensioni della Terra. La tecnica VLBI consente a EHT di raggiungere una risoluzione di 20 micro-secondi d’arco, equivalente alla risoluzione che servirebbe a individuare dalla Luna un’arancia sulla Terra. I dati “grezzi” acquisiti dai singoli telescopi sono combinati usando super-computer specifici (chiamati correlatori), ospitati dall’MPIfR di Bonn e dall’Osservatorio Haystack del MIT, i quali forniscono in uscita dei dati “correlati” da cui è possibile ricostruire un’immagine della sorgente radio osservata.

La campagna di osservazione dell’EHT di marzo/aprile 2020 è stata annullata a causa dell’epidemia globale CoViD-19. La collaborazione EHT è ora impegnata a pianificare i prossimi passi, sia delle nuove osservazioni sia dell’analisi dei dati già raccolti.

Ciriaco Goddi alla Facoltà di Lettere e Filosofia di Cagliari. L’astrofisico barbaricino, che con il suo gruppo è riuscito nell’impresa di fotografare l’“invisibile” M87 nello spazio, è stato infatti ospite dell’associazione culturale “Riprendiamoci la Sardegna” per un incontro a tema “Da Orune ai buchi neri. Breve storia di un Astrofisico sardo”. Coordinatore, Nino Nonnis, presidente dell’associazione arrivata a 22 anni di età e sempre pronta a raccontare l’Isola in tutti i suoi aspetti.

In Barbagia la passione per la fisica

Dalla Sardegna allo spazio, un lungo, lunghissimo passo verso inaspettate scoperte. Inizia così il percorso di Ciriaco Goddi, che per arrivare alle stelle è partito da Orune, paesino nel cuore della Barbagia, famoso per la cultura e l’allevamento. Qui iniziano i suoi studi e Ciriaco concepisce il suo sogno: «Avrei potuto fare il pastore, ma ho scelto un’altra strada. Nel corso dei miei studi a Bitti è nata la mia passione per la fisica e l’universo attraverso letture e il contatto con alcuni professori. Poi,  l’idea di iscrivermi in Fisica, laureandomi con una tesi sulle nebulose planetarie» .

Il network dei telescopi

Dopo la laurea, Ciriaco continua il suo percorso formativo e il suo lavoro di ricerca ha come teatro l’osservatorio di Poggio dei Pini, per poi discutere la tesi di dottorato sempre all’Università di Cagliari. «Nel corso del mio progetto ho usato una rete di telescopi europei. Questi osservano all’unisono lo stesso oggetto, con i dati che vengono combinati e calibrati».

Nel 2006 la svolta: «Un’offerta che non si può rifiutare»

Nel 2006 arriva la svolta per la carriera dello scienziato sardo, pronto a realizzare il sogno americano. «Mi viene offerto un progetto di ricerca ad Harvard.  Un’offerta che non si può rifiutare». E a poco a poco si abitua alla vita d’Oltreoceano, dove tutti sono pazzi per il baseball. « Ho lavorato agli studi sulla esplosione nel centro della Nebulosa di Orione, con una rete di radio telescopi, una tecnica apprezzata dall’università americana».

Ciriaco Goddi, gli studi sui buchi neri

Nel 2009 il trasferimento a  Monaco di Baviera,  fino al 2012. Dopo di che, tappa in Olanda, dove a Goddi viene offerta la gestione di un network di telescopi. «Nel 2014 abbiamo usato quello dell’osservatorio di San Basilio e abbiamo ottenuto un segnale». È l’inizio degli studi sui buchi neri, la fase finale dell’evoluzione delle stelle, e si fa riferimento alla teoria della Gravità di Einstein, così come a Schwarzschild. «. I buchi neri esistono, anche se non possiamo vederli. Esercitano un attrazione gravitazionale sulle stelle che ruotano».

L’aspetto di un buco nero

Ma che aspetto ha un buco nero? Già dagli anni Settanta ci sono state simulazioni fatte al computer, i cui risultati sono stati disegnati a mano, senza l’ausilio della stampa. «Oggi si può fare di più – commenta Ciriaco Goddi –  come i filmati, una proiezione dell’orizzonte degli eventi. I buchi neri hanno materia intorno e i raggi di luce creano l’effetto di un disco scuro».

La foto di Messier 87

Nella scorsa primavera ecco la foto del secolo, quella fatta al Messier 87, mediante un sistema di telescopi dislocati tra Europa, America e i due poli. Il  frutto di 20 anni di sforzo tecnologico. «I buchi neri sono oggetti astrofisici osservabili e usabili come laboratori. La teoria einsteiana della Relatività è confermata. E forse ci ricordano i limiti della conoscenza umana».