Paesi Bassi/Germania

Heino Falcke

Premio Balzan 2023 per immagini ad alta risoluzione: dagli oggetti planetari a quelli cosmici

Per le sue ricerche fondamentali che hanno reso possibile catturare con grande precisione l’immagine dei dintorni di un buco nero, grazie alla sua leadership nello sviluppo dell’Event Horizon Telescope, costruito proprio per questo scopo, che fornisce a oggi le immagini più accurate di questi corpi celesti non solo nella nostra galassia, la Via Lattea, ma anche in quelle lontane, come la M87. Ciò ha permesso di confermare la teoria generale della relatività di Einstein in situazioni in cui la gravità è così forte da produrre una significativa curvatura dello spazio-tempo (e di dimostrare l’esistenza dei buchi neri supermassicci).

I buchi neri rappresentano la manifestazione più intrigante e affascinante della gravitazione. In questi oggetti cosmici la materia diventa così densa da concentrare una enorme massa in un punto privo di dimensioni, noto come singolarità di densità. Questo punto è circondato da una superficie sferica chiamata orizzonte degli eventi, dove la gravità rimane così intensa che qualsiasi oggetto che si avvicina sembra rallentare e si sposta a lunghezze d’onda sempre più grandi.

La gravità all’interno dell’orizzonte è così potente che nemmeno la luce può sfuggire, il che significa che l’orizzonte degli eventi è totalmente oscuro. Ciò nonostante, i buchi neri provocano una vasta gamma di impressionanti fenomeni astrofisici, dai violenti nuclei galattici attivi (enormi galassie che contengono un buco nero super massiccio, con il suo brillante disco di accrescimento, che emette intensi raggi X) a coppie isolate, silenziose e inosservabili, di buchi neri che orbitano l’uno intorno all’altro e alla fine si fondono, producendo onde gravitazionali.

I buchi neri sono lontanissimi da noi e, di conseguenza, appaiono molto piccoli. Per osservare il loro orizzonte dal nostro punto di vista, il nostro telescopio deve essere estremamente nitido. Ottenere un’immagine dell’orizzonte degli eventi che circonda il buco nero nella nostra galassia è come catturare un’immagine di un acaro da una distanza di 2.000 km.

Cosa ci aspettiamo di vedere e come possiamo costruire un tale telescopio? Il lavoro del Professor Heino Falcke è partito da queste domande. Egli ha dedicato molti anni a rifinire instancabilmente la teoria e ha previsto che l’immagine dovrebbe apparire come un anello di luce, con una “ombra del buco nero” causata dalla curvatura dei raggi luminosi e dall’assorbimento della luce nella zona dell’orizzonte degli eventi. In parallelo, ha coordinato con notevole carisma una grande collaborazione di astronomi, che hanno unito i loro sforzi e strumenti per creare una rete mondiale di telescopi per onde millimetriche, funzionante come un unico interferometro radio. Questo lavoro coordinato ha portato alla creazione dell’Event Horizon Telescope (EHT), sviluppato specificamente con l’ambizioso obiettivo di catturare la prima immagine dell’orizzonte degli eventi di un buco nero.

Rilasciata nel 2019, l’immagine dell’ombra del buco nero supermassivo nella lontana galassia M87 è stata sensazionale, sia per gli astrofisici che per il grande pubblico. Questa immagine ha offerto la vista più nitida mai ottenuta dei dintorni di un buco nero, rivelando chiaramente la presenza di un orizzonte degli eventi come una zona scura circondata da un caratteristico anello luminoso, come previsto da Falcke. L’analisi di questa immagine ha permesso agli scienziati di mettere alla prova diverse previsioni della teoria generale della relatività di Einstein, confermandone la validità in ambienti in cui la gravità è molto più intensa rispetto a quanto siamo abituati. L’immagine ha confermato le previsioni per un buco nero rotante in relatività generale (metrica di Kerr). I risultati ottenuti hanno vincolato il teorema “no-hair” dei buchi neri. È stato possibile stimare la massa del buco nero all’interno dell’orbita della luce, che è risultata essere di ben 6 miliardi di masse solari.

In seguito, l’EHT ha fornito anche un’immagine del buco nero al centro della nostra Galassia, conosciuto come Sgr A*. Essa è stata ancora più difficile da ottenere perché il nostro buco nero è mille volte meno massiccio di quello in M87, e sia la materia che la luce orbitano intorno all’orizzonte degli eventi in un tempo che va indicativamente dai 15 ai 90 minuti, causando rapidi cambiamenti nell’aspetto dell’anello luminoso. Inoltre, il gas presente tra noi e il buco nero sfuoca l’immagine.

Questi risultati sono riconosciuti come estremamente importanti per l’astrofisica e la relatività generale, e sono solo i primi di una ricerca che si svilupperà con l’aggiunta di altri radiotelescopi, da terra e dallo spazio, per comprendere a fondo la natura di questi oggetti cosmici così peculiari e le leggi fisiche che ne regolano il funzionamento.