Ricostruiti i brillamenti vicino a Sagittarius A*: il buco nero al centro della Via Lattea - METEO GIORNALE: primo sito meteo italiano di Previsioni Meteo
La ricostruzione tridimensionale dei brillamenti intorno a Sagittarius A*
Il disco di accrescimento che circonda l’orizzonte degli eventi di un buco nero è caratterizzato da un ambiente estremamente dinamico, dove il gas magnetizzato raggiunge temperature e velocità elevate. Le osservazioni astronomiche hanno rivelato la presenza di brillamenti misteriosi che si manifestano con una frequenza di diverse volte al giorno, illuminandosi per poi scomparire rapidamente. Un gruppo di ricerca guidato da scienziati del Caltech ha sfruttato i dati raccolti dall’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) per ottenere la prima ricostruzione tridimensionale dei brillamenti intorno a Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio situato al centro della Via Lattea.
Aviad Levis, primo autore dello studio pubblicato su Nature Astronomy, ha precisato che il video realizzato non è né una simulazione né una registrazione diretta degli eventi, ma una ricostruzione basata sui modelli fisici dei buchi neri. Per ottenere l’immagine 3D, il team ha sviluppato nuovi strumenti di imaging computazionale che considerano la traiettoria della luce in presenza della curvatura dello spaziotempo causata dalla gravità del buco nero.
La tecnica Neural Radiance Fields e il contributo di Alma
Pratul Srinivasan di GoogleResearch, coautore dello studio, ha contribuito allo sviluppo della tecnica Neural Radiance Fields (Nerf), che utilizza l’apprendimento profondo per creare rappresentazioni 3D di una scena a partire da immagini 2D. Questo metodo permette di osservare la scena da diverse angolazioni, anche con una visione limitata. Il team si è chiesto se fosse possibile applicare questa tecnica per ricostruire l’ambiente 3D intorno a un buco nero.
La sfida principale è che dalla Terra o da un satellite nello spazio si ha un unico punto di vista del buco nero. Tuttavia, il comportamento prevedibile del gas intorno al buco nero consente di scattare istantanee temporizzate e, sfruttando la conoscenza della dinamica del gas, di ricostruire i brillamenti in 3D con misurazioni effettuate dalla Terra nel tempo.
Alma, uno dei radiotelescopi più potenti al mondo, nonostante la distanza di oltre 26mila anni luce dal centro galattico, non ha la risoluzione necessaria per osservare direttamente i dintorni di Sgr A*. Tuttavia, misura le curve di luce, ovvero l’intensità di un singolo pixel tremolante rilevata in vari istanti. Sfruttando la fisica dei dischi di accrescimento, il team è riuscito a superare la mancanza di informazioni spaziali nei dati di Alma.
Alma registra due curve di luce a due diversi stati di polarizzazione. La polarizzazione, una proprietà fondamentale della luce, rappresenta la direzione della componente elettrica di un’onda luminosa. Studi teorici suggeriscono che le zone calde all’interno del gas sono fortemente polarizzate, fornendo informazioni utili per localizzare l’emissione nello spazio 3D.
Un nuovo metodo di ricostruzione
Il team ha sviluppato una versione aggiornata del metodo di ricostruzione che incorpora la fisica della curvatura della luce, la dinamica attorno a un buco nero e l’emissione polarizzata prevista nei punti caldi in orbita. Utilizzando una rete neurale, ogni struttura del bagliore viene rappresentata come un volume continuo, permettendo di far evolvere la struttura 3D iniziale di un hotspot nel tempo, mentre orbita attorno al buco nero, per creare un’intera curva di luce.
Il risultato è un video che mostra il movimento in senso orario di due regioni luminose compatte che tracciano un percorso attorno al buco nero, in linea con le previsioni delle simulazioni al computer. Questo successo è frutto della collaborazione tra informatici e astrofisici, che hanno unito l’intelligenza artificiale e la fisica per rivelare dettagli altrimenti invisibili. Gli astronomi potranno utilizzare questo metodo su altre serie temporali di dati per approfondire la comprensione della dinamica di eventi simili.
Per saperne di più: Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Orbital Polarimetric Tomography of a Flare Near the Sagittarius A* Supermassive Black Hole” di Aviad Levis, Andrew A. Chael, Katherine L. Bouman, Maciek Wielgus & Pratul P. Srinivasan.
