SPAZIO: IL NOBEL SCOPRE UN GRANDE BUCO NERO NELLA NOSTRA GALASSIA

Il Premio Nobel per la Fisica quest'anno onora gli studi pionieristici sulla natura dei buchi neri, inclusa la scoperta del gigantesco in agguato nel cuore della nostra Via Lattea.

Metà del premio va a Roger Penrose, matematico dell'Università di Oxford, per il suo lavoro negli anni '60 sulla formazione e stabilità dei buchi neri.  L'altra metà è condivisa da due astronomi: Reinhard Genzel del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics e Andrea Ghez dell'Università della California, Los Angeles.  Dagli anni '90, hanno guidato gruppi di ricerca rivali che hanno seguito le stelle al centro della Via Lattea e hanno dimostrato che le loro orbite erano piegate da quello che è noto come un buco nero supermassiccio (SMBH).

Il concetto di buco nero - un oggetto così massiccio che la sua gravità impedisce alla luce di fuoriuscire - è emerso in pezzi nel corso di decenni.  Albert Einstein pubblicò la sua teoria della gravità, la teoria generale della relatività, nel 1915. Afferma che la gravità sorge quando massa ed energia deformano il tessuto dello spazio e del tempo, facendo curvare le traiettorie degli oggetti in caduta libera come l'orbita ellittica della Terra attorno al Sole  .  Solo un anno dopo, il fisico tedesco Karl Schwarzschild ha elaborato la forma della fossa nello spaziotempo che una massa puntiforme avrebbe creato e ha dimostrato che prevede un orizzonte degli eventi.  Questo segna il bordo di una sfera attorno alla massa puntiforme da cui la luce può ancora fuoriuscire.

il lavoro prefigurava l'attuale comprensione degli astrofisici dei buchi neri di massa stellare, che si formano quando stelle sufficientemente massicce si bruciano e il loro nucleo collassa.

Oppenheimer ei suoi colleghi non hanno dimostrato che la stella implodente doveva formare un orizzonte degli eventi. Era concepibile che la materia potesse in qualche modo roteare via, o che il campo gravitazionale della stella morta non rimanesse inalterato. Negli anni '60 Penrose dimostrò con estremo rigore matematico che la formazione di un buco nero era essenzialmente inevitabile e che sarebbe stato indistruttibile, crescendo man mano che divorava più massa. "Non importava quello che facevi, l'orizzonte era sempre lì", dice Clifford Will, esperto di relatività generale presso l'Università della Florida. "Non si spezzerebbe, crescerebbe solo."

Will suggerisce che il premio potrebbe essere considerato una sorta di premio per Stephen Hawking, morto nel 2018 e con cui Penrose ha collaborato. In effetti, le previsioni chiave di Penrose sono inquadrate nei cosiddetti teoremi di Hawking Penrose. Penrose osserva che Hawking ha preso le sue idee sulla formazione degli orizzonti attorno ai buchi neri e le ha applicate alla cosmologia e alla nascita dell'universo. "Erano chiaramente dei progressi su quello che avevo fatto", dice Penrose.

In breve, Penrose ha mostrato che la relatività generale implicava che il buco nero sarebbe un oggetto astrofisico reale e stabile, dice Ulf Danielsson, fisico teorico dell'Università di Uppsala e membro del comitato di fisica Nobel. "Penrose ha posto una base teorica in modo che potessimo dire: 'Sì, questi oggetti esistono, possiamo aspettarci di trovarli se usciamo e li cerchiamo'".

Dopo i progressi di Penrose, gli astronomi hanno trovato numerose prove dell'esistenza dei buchi neri. Hanno trovato stelle in orbita attorno a compagni invisibili e hanno potuto vedere i gas surriscaldati brillare mentre scomparivano in putativi buchi neri. I rilevatori di onde gravitazionali hanno fornito la chiave per tali buchi neri di dimensioni stellari, ma non i giganti galattici.

Quello al centro della Via Lattea, noto come Sagittarius A * (Sgr A *), pesa milioni di masse solari e dista solo 26.000 anni luce. Ma oltre ad essere nero, è piuttosto piccolo: il suo orizzonte degli eventi si adatterebbe all'orbita di Mercurio. Inoltre, il centro galattico è nascosto da telescopi indiscreti da gas e polvere.

Spingendo al limite le tecniche di osservazione, le squadre sparring di Ghez e Genzel hanno effettuato uno studio molto semplice: hanno mappato il progresso di una singola stella mentre orbitava vicino a Sgr A * e hanno mostrato, tramite una semplice meccanica newtoniana, che l'oggetto erano in orbita dovevano avere una massa colossale. "Con la fisica delle scuole superiori, puoi fare molta strada per capire che ci deve essere qualcosa di supermassiccio che non possiamo vedere", dice Selma de Mink, astrofisica teorica all'Università di Harvard.

Negli anni '90, i gruppi di Genzel e Ghez si attaccarono entrambi a un'unica stella, nota come S2 o S0-2 dalle due squadre, che è la stella più vicina al centro galattico finora rilevata. "Andrea e Reinhard hanno avuto una competizione leggendaria nel corso degli anni che ha mantenuto il campo in movimento", afferma l'astrofisico Heino Falcke della Radboud University. Per ottenere una correzione precisa su S2, i team avevano bisogno dei telescopi più grandi disponibili: i quattro telescopi da 8 metri del Very Large Telescope europeo nel caso di Genzel, e il doppio telescopio Keck da 10 metri per Ghez.

Nel 2002, l'orbita ellittica di S2 sembrava raggiungere il punto più vicino a Sgr A *. È arrivato entro 20 miliardi di chilometri o 17 ore luce e ha viaggiato a 5000 chilometri al secondo, il 3% della velocità della luce. Le squadre avevano quindi un'orbita sufficiente per trarre conclusioni sull'oggetto invisibile. Hanno calcolato che deve pesare l'equivalente di 4 milioni di Soli ed essere un oggetto concentrato: potrebbe essere solo un buco nero. "Hanno dimostrato attraverso l'osservazione di ciò che Penrose aveva previsto con la teoria che i buchi neri esistono effettivamente", afferma Gerry Gilmore dell'Università di Cambridge.

I team hanno continuato a seguire S2 attraverso la sua prima orbita completa nel 2008 e il secondo approccio ravvicinato nel 2018. Hanno utilizzato questi dati per sottoporre la relatività generale a test sempre più rigorosi. "Hanno gettato le basi per i buchi neri supermassicci", dice Falcke.

Per quanto buoni fossero i risultati di S2, i ricercatori vogliono prove ancora più dirette dell'esistenza degli SMBH. E nel 2019, l'Event Horizon Telescope (EHT) è riuscito a rivelare l'ombra di un mostro ancora più grande al centro di M87, una delle galassie vicine della Via Lattea. Quel buco nero contiene miliardi di masse solari. La collaborazione di EHT ha cercato di immaginare Sgr A * ma finora è stata ostacolata nel presentare risultati conclusivi.

Ghez è solo la quarta donna in assoluto a vincere un premio Nobel per la fisica e la seconda negli ultimi 3 anni. "Questo significa molto per me", dice de Mink. Negli ultimi anni, i premi Nobel per la scienza sono stati criticati per la loro mancanza di diversità.

A 55 anni, Ghez è anche un vincitore relativamente giovane. Penrose, 89 anni, è tra i più anziani. Ma Penrose dice che non ha rimpianti di aver aspettato così tanto per ottenere il premio. "Conosco alcune persone che hanno ottenuto un Nobel troppo presto, e questo ha rovinato la loro scienza", dice. "Penso di essere abbastanza grande."

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