Al centro della nostra galassia, come della maggior parte delle galassie finora conosciute, si trova un buco nero supermassiccio. Il suo nome è Sagittarius A*. Per sua natura, questo buco nero deforma lo spaziotempo nelle sue vicinanze a causa dell’elevata forza gravitazionale. È quindi interessante studiare cosa accade nei dintorni per capire come interagisce un buco nero supermassiccio come quello della Via Lattea con l’ambiente circostante.

Ora i ricercatori hanno sfruttato il Very Large Telescope Interferometer dell’ESO per fotografare la regione attorno a Sgr A*. Questo ha permesso di ottenere le immagini finora più profonde e più nitide di quanto sia mai stato fatto finora. Raggiungono un ingrandimento 20 volte maggiore delle precedenti misurazioni.

Inoltre, studiando le orbite delle stelle al centro della Galassia il team ha ricavato la misura più precisa finora della massa di Sagittarius A*. L’autore principale dello studio è Reinhard Genzel, il direttore del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), ricevente il Premio Nobel nel 2020 per la sua ricerca su Sagittarius A*.

A caccia di stelle in avvicinamento al buco nero

L’equipe di Genzel ha sfruttato diverse tecniche per seguire le stelle in prossimità di Sagittarius A*. Questo ha permesso loro di osservare:

• La stella S29, che è passata ad una distanza di soli 13 miliardi di chilometri dal buco nero supermassiccio (circa 90 volte la distanza Terra-Sole) all’elevata velocità di 87740 km/s;
• La stella S30, mai vista prima di queste osservazioni, cosa che prova la potenza di questo metodo nel rivelare oggetti deboli nei dintorni di Sgr A*.

Nella seguente animazione sono mostrate delle rappresentazioni delle orbite delle stelle S29 e S55 mentre passano vicino a Sgr A* (al centro). Assieme a queste, le immagini mostrano due stelle più deboli, S62 e S300, l’ultima delle quali scoperta proprio con queste nuove osservazioni VLTI. Crediti: ESO/GRAVITY collaboration/L. Calçada.

Il ruolo di GRAVITY…

L’imaging e le misurazioni sono state effettuate con GRAVITY, strumento installato sul VLTI che combina la luce di tutti e quattro i telescopi da 8,2 metri del sito in Cile. Lo fa grazie alla tecnica interferometrica, che ha permesso di raggiungere con altissima nitidezza e risoluzione. Genzel afferma:

Seguire le stelle su orbite molto vicine a Sagittarius A* ci consente di sondare con precisione il campo gravitazionale attorno al buco nero massiccio più vicino alla Terra. E di verificare la Relatività Generale e determinare le proprietà del buco nero.

Le osservazioni del team confermano i percorsi previsti dalla teoria della Relatività Generale di Einstein per oggetti orbitanti attorno a un buco nero con una massa pari a 4,3 milioni di volte quella del Sole. Tale stima è stata ottenuta grazie ai dati raccolti con GRAVITY ed è la più precisa ottenuta finora, insieme a quella della distanza di Sgr A*, pari a 27000 anni luce.

…e delle tecniche di machine learning

Non solo GRAVITY ha fatto la sua parte all’interno dello studio. I ricercatori infatti hanno sfruttato anche una tecnica di machine learning, o apprendimento automatico, chiamata Information Field Theory. Con essa è stato creato un modello delle diverse stelle e simulato come GRAVITY sarebbe stato in grado di osservarle. Successivamente, quindi, queste previsioni teoriche sono state confrontate con i dati osservativi ottenuti. Questo ha permesso di seguire le stelle con una precisione senza precedenti. Anche grazie all’utilizzo dei dati di altri due strumenti precedentemente istallati sul VLTI: NACO e SINFONI.

Aumentando la sensibilità, riveleremo stelle più deboli

Il lavoro di GRAVITY non si ferma certo qui. Lo strumento sarò aggiornato entro la fine di questo decennio alla sua versione successiva, denominata GRAVITY+. Sarà ancora installato sul VLTI dell’ESO. Con la sua migliorata sensibilità, GRAVITY+ riuscirà a rivelare stelle ancora più deboli e più vicine al buco nero. Assieme a tale strumento, la comunità scientifica attende l’Extremely Large Telescope, in costruzione nel deserto di Atacama.

“Con la potenza di GRAVITY e ELT saremo in grado di scoprire quanto velocemente ruota il buco nero” dichiara Frank Eisenhauer di MPE, investigatore principale di GRAVITY. “Nessuno è stato in grado di farlo finora.”

I due articoli dello studio, pubblicati su Astronomy & Astrophysics, sono disponibili qui e qui.

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