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Fisica

La prima “foto” di un buco nero: come è stata scattata l’immagine di M87?

Gli scienziati spiegano come è stata ottenuta l’immagine del buco nero al centro della galassia Messier 87. Una scoperta che conferma le teorie di Einstein. Come si è costruito un telescopio “virtuale” grande quanto la Terra

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Un’immagine unica, che lascia scienziati e appassionati del cielo, ma anche il pubblico più generale, senza fiato. Stiamo parlando della prima foto di un buco nero, in assoluto la prima prova visiva diretta di un corpo celeste di questo genere, ottenuta dall’Event horizon telescope consortium (Ehtc). Il corpo osservato è il buco nero supermassiccio M87, al centro della galassia Messier 87. Il buco nero si trova a 55 milioni di anni luce da noi e ha una massa 7 miliardi di volte più alta di quella del sole.

buco nero M87

Le immagini del buco nero M87 nei vari giorni della (foto: Eht collaboration, Paper IV, 2019)

L’immagine lascia senza fiato anche perché oggetti invisibili dalle caratteristiche estreme, come i buchi neri, da cui nulla, nemmeno la radiazione, può uscire, non sono mai stati osservati e ripresi.

Come si cattura l’immagine di un buco nero?

Ma come è stato possibile arrivare a un risultato come questo, unico nella storia della scienza? Intanto bisogna fare una premessa. Ciò che è stato immortalato è l’ombra del buco nero, o meglio l‘orizzonte degli eventi, come viene definito in fisica. Ossia quella regione dello spazio tempo che rappresenta il limite, come uno spartiacque, dentro cui materia e radiazione sono ineluttabilmente inghiottite e nulla può uscire, neanche la luce.

Finora, l’ombra di un buco nero è ciò che si avvicina di più all’immagine del buco nero stesso. E non si era mai ottenuta un’immagine di questo tipo, anche se esistevano già diverse prove dell’esistenza di tali oggetti celesti.

Conferma di Einstein

“La prima ipotesi della presenza di questi oggetti”, spiega Ciriaco Goddi, segretario del consiglio scientifico del consorzio Eht e responsabile scientifico del progetto BlackHoleCam, durante la conferenza a Roma, presso la sede dell’Istituto nazionale di astrofisica, “è contenuta all’interno della teoria relatività generale di Einstein del 1916. Tuttavia, soltanto a partire dagli anni ’60 del secolo scorso si è risvegliato l’interesse verso i buchi neri”. E oggi, prosegue l’esperto, “l’ombra visualizzata del buco nero M87 è in perfetto accordo con la teoria di Einstein”. Insomma, ancora una volta Einstein non sbaglia mai.

L’immagine sembra quella di una ciambella spaziale, dai colori accesi e dai contorni sfumati. “È la foto del secolo”, aggiunge Goddi. “Ciò che si osserva è il plasma incandescente che circonda il buco nero, che grazie alle alte frequenze a cui opera la rete Eht, diventa trasparente ed emette radiazione e rende possibile vedere i confini dell’orizzonte degli eventi”, dice Goddi. Anche se, aggiunge, nella ciambella c’è un’asimmetria, dovuta al fatto che il plasma attraversa l’orizzonte degli eventi e viene inghiottito dal buco nero.

Il telescopio

Oltre a essere attraente, l’immagine è stata ottenuta con la risoluzione angolare più elevata mai raggiunta, prosegue lo scienziato. “Se avessimo dovuto utilizzare un unico telescopio – chiarisce l’esperto – questo avrebbe dovuto essere delle dimensioni di 5 chilometri di diametro, una grandezza impossibile da ottenere per qualsiasi strumento di questo genere”. Così i ricercatori hanno pensato di ricreare un telescopio enorme attraverso una particolare tecnica, chiamata Very-long-base interferometry (Vlbi). Questa tecnica sfrutta la rotazione terrestre e combina i dati ottenuti da tutti i telescopi della rete Eht.

(foto: Eht ESo/L. Calçada. La rete dei telescopi Eht)

In pratica viene misurata la distanza spaziale fra tutti i telescopi della rete mettendo insieme i dati della differenza di tempo del segnale in ingresso in ciascuno di questi. Attraverso questo processo, è un po’ come se si costruisse un unico grande telescopio grande come la Terra, da cui osservare il centro delle galassie.

Infine, perché scegliere un buco nero supermassiccio (come M87 oppure Sagittarius A*, al centro della Via Lattea) e non un buco nero qualsiasi?“Esistono moltissimi buchi neri”, aggiunge Goddi, “che tuttavia sono di piccole dimensioni, cioè pari a poche masse solari. Per questa ragione sono difficili da studiare”.

Mentre in questo caso, entrambi i candidati erano supermassicci, con una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole, nel caso di Sagittarius A*, e di addirittura 7 miliardi quella del sole per M87. Un’operazione molto complessa, che ha richiesto una collaborazione a livello globale, nonché una presa e un’analisi dati eccezionale: qualcosa come 4 milioni di miliardi di byte.

Com’è affacciarsi su un buco nero? Un’animazione ci porta ai confini di M87





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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Com’è Space Rider, il prossimo “accessorio” a salire a bordo di un razzo Vega

Un laboratorio orbitante che, una volta esaurito il suo scopo, può rientrare a Terra senza inquinare il cosmo. Il suo funzionamento, spiegato in un’animazione

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Potremmo definirlo il coltellino svizzero delle prossime missioni di esplorazione spaziale. Si chiama Space Rider e consiste in un insieme di dispositivi fatti apposta per lavorare nelle basse orbite, e quindi attorno alla Terra, come un vero e proprio laboratorio multifunzione in condizioni di microgravità.

Montato sui razzi Vega, i lanciatori di ultimissima generazione che portano i orbita i satelliti, il sistema è progettato per tornare al suolo dopo ogni missione, ed è quindi riutilizzabile e non produce spazzatura spaziale. Nel video possiamo scoprire com’è fatto da vicino.





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