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Anelli fotonici rivelatori

The Event Horizon Telescope (EHT) — a planet-scale array of eight ground-based radio telescopes forged through international collaboration — was designed to capture images of a black hole. In coordinated press conferences across the globe, EHT researchers revealed that they succeeded, unveiling the first direct visual evidence of the supermassive black hole in the centre of Messier 87 and its shadow. The shadow of a black hole seen here is the closest we can come to an image of the black hole itself, a completely dark object from which light cannot escape. The black hole’s boundary — the event horizon from which the EHT takes its name — is around 2.5 times smaller than the shadow it casts and measures just under 40 billion km across. While this may sound large, this ring is only about 40 microarcseconds across — equivalent to measuring the length of a credit card on the surface of the Moon. Although the telescopes making up the EHT are not physically connected, they are able to synchronize their recorded data with atomic clocks — hydrogen masers — which precisely time their observations. These observations were collected at a wavelength of 1.3 mm during a 2017 global campaign. Each telescope of the EHT produced enormous amounts of data – roughly 350 terabytes per day – which was stored on high-performance helium-filled hard drives. These data were flown to highly specialised supercomputers — known as correlators — at the Max Planck Institute for Radio Astronomy and MIT Haystack Observatory to be combined. They were then painstakingly converted into an image using novel computational tools developed by the collaboration.

Nuove rivelazioni dal team di Event Horizon la rete mondiale composta da otto telescopi che  ha realizzato la prima istantanea del buco nero supermassicio al centro della galassia M87. Un team di astronomi guidati dall’Università di Harvard ha individuato un sottile anello luminoso contenente un anello fotonico a sua volta composto da infiniti sotto-anelli, creati dal numero di orbite che i fotoni effettuano intorno al buco nero.

Lo studio dal titolo ‘Universal interferometric signatures of a black hole’s photon ring’ è stato pubblicato sull’ultimo numero della rivista open-access  Science Advances. Gli astronomi hanno dimostrato che la firma di questi sotto-anelli può essere rilevata dai radiotelescopi interferometrici a lunga base: la loro caratterizzazione potrebbe aiutare gli scienziati a misurare con precisione la massa e la rotazione del buco nero, oltre ad effettuare alcuni test sulla relatività generale.

«Il possibile utilizzo di baseline superiori a quelle dell’Eht nell’interferometria radio per derivare la massa e lo spin del buco nero supermassiccio – commenta Immacolata Donnarumma  dell’Unità di Ricerca Scientifica dell’Asi –  offre una nuova spinta verso network dedicati alla radioastronomia, che combinino osservatori da Terra e dallo Spazio (e.g. RadioAstron). L’applicazione di tecniche interferometriche su lunghe baseline è già in fase di implementazione nell’ambito della ricerca delle onde gravitazionali, come dimostrato dalla missione Lisa (Laser Interferometer Space Antenna) che estenderà la tecnica dell’interferometria laser allo spazio».

Nel dettaglio i sotto-anelli producono una cascata di oscillazioni smorzate su linee di base progressivamente più lunghe e ognuno di essi trasmette informazioni precise sul diametro, la lunghezza e il profilo angolare.

Il rilevamento delle firme interferometriche universali dell’anello fotonico richiede misurazioni su linee di base più lunghe, con una risoluzione angolare più fine di quella attualmente disponibile per l’Event Horizon. Questo aumento di sensibilità può essere ottenuto osservando a frequenze più elevate o su basi fisiche più lunghe tramite osservatori in orbita bassa terrestre, sulla Luna e vicino al Sole.

«L’insieme dei sotto-anelli – conclude Michael Johnson primo autore dello studio –  può essere paragonato alla trama di un film che cattura la storia dell’Universo visibile visto dal buco nero».

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