Francesco Tombesi è un astrofisico italiano che ha lavorato per diversi anni negli Stati Uniti al Goddard Space Flight Center della Nasa e alla University of Maryland. La sua ricerca sul ruolo dei buchi neri supermassicci nella formazione delle galassie si è guadagnata la copertina di Nature nel 2015 ed ha vinto l’edizione 2017 del Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione scientifica fra Italia e Stati Uniti. Da quasi un anno è tornato in Italia, grazie al Programma Rita Levi Montalcini, per svolgere attività di ricerca ed insegnare presso l’Università di Roma Tor Vergata.
Dopo anni di attesa per la pubblicazione dei risultati, un’immagine si è finalmente scagliata in modo dirompente su tutti gli schermi TV e le prime pagine dei giornali del mondo. Non siamo nel 1969 durante lo sbarco sulla Luna e non siamo ancora all’annuncio, che forse un giorno arriverà, della scoperta di vita aliena, ma allo stesso modo siamo stati tutti partecipi di un avvenimento sensazionale che, da argomento prediletto di molti libri e film di fantascienza, è finalmente entrato a tutti gli effetti nel reame della realtà fisica. Siamo al 10 Aprile 2019 e stiamo parlando della prima osservazione diretta, quasi una “fotografia”, di uno degli oggetti più misteriosi dell’universo: un buco nero.
Ma non solo un buco nero qualsiasi, che già di per se è pieno di misteri, stiamo addirittura parlando di un buco nero supermassiccio, con una massa equivalente a quella di miliardi di volte il nostro Sole, al centro di M87, una galassia lontana da noi più di cinquanta milioni di anni luce. Poter osservare con tale risoluzione questo buco nero corrisponde approssimativamente qui sulla terra a scattare una fotografia ad altissima risoluzione di un sassolino di colore nero su di una spiaggia a New York, ma trovandosi da Roma! Allo stesso modo, per poter raggiungere la risoluzione angolare per scattare una fotografia del buco nero al centro di M87, e anche di quello nella nostra Via Lattea, si avrebbe bisogno di coprire tutta la superficie del pianeta Terra con un obiettivo fotografico. Il che ha delle “piccole” inconvenienze tecniche.
Per poter ottenere la risoluzione angolare più elevata mai raggiunta, gli astronomi hanno usato una tecnica particolare, quella dell’interferometria alle lunghezze d’onda corrispondenti alle bande elettromagnetiche del radio e millimetrico. La collaborazione alla base del Event Horizon Telescope (EHT) ha quindi contattato e formato una rete tra gli otto maggiori radio telescopi del mondo, sparsi dall’Europa all’antartico, dagli Stati Uniti al Cile. Tutti questi telescopi sono stati sincronizzati in modo accuratissimo utilizzando orologi atomici per lavorare all’unisono, come se fossero un unico “occhio” puntato sul buco nero. L’enorme mole di dati è poi stata trasportata, via nave o aereo, in alcuni istituti scientifici negli USA e in Europa per poter essere minuziosamente analizzata. Dopo due anni di lavoro, ecco che finalmente è apparsa l’immagine che tutti gli astrofisici attendevano con trepidazione.
Ma cosa si nasconde dietro a questa immagine, che ricorda vagamente un “anello” o una “ciambella” di luce? Come possiamo aver scattato una fotografia di un buco nero, che per definizione è l’oggetto più “nero” dell’universo? L’anello di luce che si vede è dovuto a del gas molto caldo, quello che si chiama un plasma, disposto in un disco che sta ruotando intorno al buco nero centrale, a distanze molto prossime a quella dell’orizzonte degli eventi. Così vicino che la luce che viene emessa dalla parte posteriore del disco è curvata e noi la vediamo nella parte superiore dell’immagine, come se fosse un anello. Il buco nero, o meglio la sua “ombra”, è in quella regione nera centrale. La vediamo scura perché, un po’ come un’ombra, nasconde la luce. In questo caso il buco nero intrappola la luce e non la fa più uscire, insieme a tutto il materiale che sta venendo risucchiato al suo interno.
Immaginiamo di essere su di una barca in mezzo all’oceano e di voler stimare qual è la profondità del fondale sotto di noi. Se siamo vicino alla riva e il fondale non è molto profondo, potremmo vederlo con i nostri occhi. Più la profondità aumenta, meno luce riflessa dal fondo arriva a noi, e più scuro ci appare il colore blu del mare. Per stimarne la profondità usiamo altre tecniche, come il sonar. Ma qual è l’abisso più profondo dell’universo? È la singolarità che si cela oltre l’orizzonte degli eventi dei buchi neri. Se questo punto in cui la forza di gravità va all’infinito esiste realmente, come l’astrofisico Stephen Hawking e altri ipotizzano, allora guardando la fotografia del buco nero, è come se noi ci stessimo affacciando al bordo di un pozzo senza fondo.
La prima fotografia del buco nero al centro di M87 rappresenta allo stesso tempo un grandissimo successo del progresso scientifico e tecnologico dell’umanità, ma anche l’immagine reale della nostra “ignoranza”. Questo perché il nostro metodo scientifico, che si basa sull’osservazione di fenomeni e la dimostrazione empirica delle nostre teorie, si ferma proprio al bordo dell’orizzonte degli eventi dei buchi neri. I buchi neri al centro di M87 e della Via Lattea ci offrono però anche un’opportunità per testare le nostre teorie in condizioni estreme, che non sarebbero mai possibili in laboratorio. Continuando ad osservare questi “laboratori naturali” nei prossimi anni potremmo affinare sempre di più le nostre misurazioni e un giorno poter finalmente contraddire gli insegnamenti di Einstein e forse aprire le porte per una nuova rivoluzione scientifica.