Il nuovo telescopio spaziale Webb da 10 miliardi di dollari della NASA rivela un buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea

Webb affronterà la sfida degli sconcertanti brillamenti di buchi neri supermassicci, che si sono rivelati sia intriganti che frustranti per gli astronomi.

Nel suo primo anno di attività, NASA‘S Telescopio spaziale James Webb Unirai le forze con uno sforzo collaborativo globale per creare un’immagine degli immediati dintorni del massiccio blocco Buco nero nel nostro cuore via Lattea galassia. L’Event Horizon Telescope (EHT) è meglio conosciuto per la sua prima immagine dell'»ombra» di un buco nero nel cuore della galassia M87, e ora ha rivolto i suoi sforzi all’ambiente più complesso di Sagittarius A*, l’enorme Via Lattea. Buco nero. Mentre il nucleo M87 forniva un bersaglio statico, l’arco A* mostra misteriosi bagliori lampeggianti su base oraria, rendendo le riprese più difficili. Webb assisterà con le sue immagini a infrarossi della regione del buco nero, fornendo dati su quando esistono i brillamenti che saranno un prezioso riferimento per il team EHT.

Un enorme vortice di gas caldo risplende di luce infrarossa, indicando la posizione approssimativa del buco nero supermassiccio nel cuore della nostra Via Lattea. Questa immagine composita a più lunghezze d’onda include la luce nel vicino infrarosso catturata dal telescopio spaziale Hubble della NASA ed è stata l’immagine infrarossa più nitida mai scattata della regione del centro galattico quando è stata rilasciata nel 2009. Lampi flash dinamici nella regione immediatamente circostante il buco nero, chiamato Sagittarius A*, ha complicato lo sforzo di collaborazione dell’Event Horizon Telescope (EHT) per creare un’immagine più ravvicinata e dettagliata. Mentre il buco nero stesso non emette luce e quindi non può essere rilevato da un telescopio, il team dell’EHT sta lavorando per catturarlo ottenendo un’immagine chiara della polvere calda e incandescente e del gas che lo circonda direttamente. Crediti: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Sulle vette isolate di tutto il pianeta, gli scienziati stanno aspettando che la notte sia notte: il complesso coordinamento di dozzine di telescopi sulla Terra e nello spazio è stato completato, il tempo è sereno, i problemi tecnici sono stati risolti – le stelle metaforiche sono allineate. È tempo di dare un’occhiata al buco nero supermassiccio nel cuore della nostra Via Lattea.

La programmazione del Sudoku, come la chiamano gli astronomi, avviene ogni giorno della campagna di osservazione attraverso la collaborazione dell’Event Horizon Telescope (EHT), e presto avranno un nuovo giocatore da considerare; Il James Webb Space Telescope della NASA si unirà a questi sforzi. Durante il primo elenco di osservazioni di Webb, gli astronomi useranno la sua potenza nell’imaging a infrarossi per affrontare alcune delle sfide uniche e persistenti presentate dal buco nero della Via Lattea, chiamato Sagittarius A* (Sgr A*; l’asterisco si pronuncia «stella»).

Nel 2017, l’EHT ha utilizzato la forza di imaging combinata di otto strutture di radiotelescopi in tutto il pianeta per catturare la prima visione storica della regione che circonda direttamente un buco nero supermassiccio, nella galassia M87. Sgr A* è più vicino ma più scuro del buco nero di M87 e i bagliori tremolanti unici nel materiale intorno ad esso alterano il modello della luce su base oraria, presentando sfide per gli astronomi.

Crediti: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

«Il buco nero supermassiccio della nostra galassia è l’unico noto per contenere questo tipo di bagliore e, sebbene ciò abbia reso molto difficile scattare una foto della regione, rende anche il Sagittarius A* più scientificamente interessante», ha affermato l’astronomo Farhad Yousefzadeh. . , che è un professore in Northwestern University e Principal Investigator presso il programma di monitoraggio Sgr A* di Webb.

I brillamenti sono dovuti alla temporanea ma intensa accelerazione delle particelle attorno al buco nero ad energie molto più elevate, con corrispondente emissione di luce. Un vantaggio significativo dell’osservazione di Sgr A* utilizzando Webb è la capacità di acquisire dati in due lunghezze d’onda infrarosse (F210M e F480M) simultaneamente e continuamente, dalla posizione del telescopio al di fuori della Luna. Webb avrà una visione continua, osservando i cicli di combustione e raffreddamento che il team EHT può utilizzare come riferimento con i propri dati, ottenendo un quadro più chiaro.

La fonte o il meccanismo che causa i flare di Sgr A* è molto dibattuto. Le risposte a come iniziano, raggiungono il picco e si dissipano i brillamenti di Sgr A* possono avere implicazioni di vasta portata per lo studio futuro dei buchi neri, nonché delle particelle e plasma Fisica, persino bagliori dal sole.

Il gas caldo orbita attorno alla regione del buco nero supermassiccio della Via Lattea, illuminata dalla luce del vicino infrarosso catturata dal telescopio spaziale Hubble della NASA. Rilasciata nel 2009 per celebrare l’Anno Internazionale dell’Astronomia, questa immagine è stata l’immagine a infrarossi più nitida di sempre della regione del centro galattico. L’imminente James Webb Space Telescope della NASA, il cui lancio è previsto per dicembre 2021, continuerà questa ricerca, accoppiando la precisione della forza Hubble con una maggiore capacità di rilevare la radiazione infrarossa. Le osservazioni di Webb sui brillamenti nella regione saranno di particolare interesse per gli astronomi, che non sono state osservate intorno a nessun altro buco nero supermassiccio e la causa è sconosciuta. I brillamenti hanno complicato la ricerca della collaborazione dell’Event Horizon Telescope (EHT) per catturare un’immagine della regione che circonda direttamente il buco nero e si prevede che i dati a infrarossi di Webb contribuiranno notevolmente a produrre un’immagine pulita. Credito: NASA, ESA, STScI e Q. Daniel Wang (UMass)

«I buchi neri sono semplicemente fantastici», ha affermato Sera Markov, astronomo del team di ricerca Webb Sgr A* e vicepresidente del Consiglio della scienza presso l’EHT. «La ragione per cui gli scienziati e le agenzie spaziali di tutto il mondo si impegnano così tanto nello studio dei buchi neri è che sono gli ambienti più estremi dell’universo conosciuto in cui possiamo mettere alla prova le nostre teorie fondamentali, come la relatività generale».

I buchi neri, previsti da Albert Einstein come parte della sua Teoria della Relatività Generale, sono in un certo senso l’opposto di ciò che suggerisce il loro nome: piuttosto che un buco vuoto nello spazio, i buchi neri sono le regioni più dense e fitte della materia. . Il campo gravitazionale di un buco nero è così forte da distorcere il tessuto dello spazio intorno a se stesso, e qualsiasi materia che si avvicina troppo rimane lì per sempre, insieme a qualsiasi luce che la materia emette. Questo è il motivo per cui i buchi neri appaiono «neri». Qualsiasi luce rilevata dai telescopi non proviene in realtà dal buco nero stesso, ma dall’area circostante. Gli scienziati chiamano l’ultimo bordo interno di questa luce l’orizzonte degli eventi, da cui la collaborazione EHT ha preso il nome.

L’immagine EHT di M87 è stata la prima prova visiva diretta che le previsioni di Einstein su un buco nero erano corrette. I buchi neri costituiscono ancora un terreno di prova per la teoria di Einstein e gli scienziati sperano che osservazioni a più lunghezze d’onda accuratamente tabulate di Sgr A* da EHT, Webb, raggi X e altri osservatori ridurranno il margine di errore nei calcoli della relatività generale, o forse puntare a nuovi mondi della fisica non lo capiamo ora.

Per quanto entusiasmante possa essere la prospettiva di una nuova comprensione e/o di una nuova fisica, sia Markov che Zadeh notano che questo è solo l’inizio. «È un processo. All’inizio probabilmente avremo più domande che risposte», ha detto Markov. Il team di ricerca di Sgr A* prevede di passare più tempo con Webb nei prossimi anni, per assistere a ulteriori eventi di accensione e costruire una base di conoscenza, e per identificare modelli da brillamenti casuali Apparentemente, le conoscenze acquisite dallo studio di Sgr A* verranno poi applicate ad altri buchi neri, per vedere cosa è fondamentale per la loro natura rispetto a ciò che rende unico un buco nero.

Quindi lo stressante programma di Sudoku continuerà per un po’ di tempo, ma gli astronomi concordano che ne vale la pena. «È la cosa più nobile che gli umani possano fare, la ricerca della verità», ha detto Zadeh. «È nella nostra natura. Vogliamo sapere come funziona l’universo, perché siamo parte dell’universo. I buchi neri possono contenere indizi su alcune di queste grandi domande».

Il telescopio Webb della NASA sarà il principale osservatorio di scienze spaziali per il prossimo decennio, esplorando ogni fase della storia cosmica, dall’interno del nostro sistema solare alle galassie osservabili più lontane nell’universo primordiale e tutto il resto. Webb rivelerà scoperte nuove e inaspettate e aiuterà l’umanità a comprendere le origini dell’universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner ESA (European Space Agency) e Canadian Space Agency.