Sagittarius A*: Il buco nero che potrebbe puntare direttamente verso la Terra

Ogni stella nel cielo notturno sta lentamente orbitando attorno a qualcosa che nessuno può vedere. Al centro della Via Lattea si trova Sagittarius A*, un buco nero supermassicchio pesante 4,297 milioni di volte quanto il Sole, e la strana geometria di come emette energia nello spazio potrebbe significare che uno dei suoi getti è puntato direttamente verso il nostro sistema solare.

Sagittarius A* — gli astronomi lo chiamano semplicemente "Sgr A star" — non può essere fotografato direttamente, poiché nessuna luce può sfuggirne. Tutto ciò che sappiamo proviene dall'osservazione di come gas, stelle e onde radio si comportano nelle sue vicinanze. Decenni di questo lavoro investigativo hanno trasformato un debole ronzio radio in uno degli oggetti più studiati della galassia, degno di un Premio Nobel e di un'immagine scattata con un telescopio grande quanto la Terra.

Ad aprile 1933, l'ingegnere Karl Jansky stava cercando di identificare la fonte di interferenze che disturbavano le telefonate transatlantiche quando tracciò un segnale radio in direzione della costellazione del Sagittario, verso il centro della nostra galassia. Non aveva modo di sapere che aveva appena scoperto il centro galattico stesso.

Ci vollero altri quattro decenni perché qualcuno isolasse l'oggetto esatto. Gli astronomi Bruce Balick e Robert Brown individuarono una sorgente radio compatta lì il 13 e 15 febbraio 1974, utilizzando una coppia collegata di radiotelescopi presso il National Radio Astronomy Observatory. Questa precisione — localizzare un singolo punto sepolto in un bagliore radio molto più grande e luminoso — è ciò che infine ha permesso ai team successivi di collegare il puntino a un buco nero piuttosto che considerarlo solo una strana area radiofonica insolitamente luminosa.

Gli astronomi individuarono un filamento di gas chiamato G2 che cadeva verso Sagittarius A* e predissero che il suo passaggio più ravvicinato, un momento chiamato peribothron, sarebbe arrivato attorno a maggio 2014. Telescopi in tutto il mondo si voltarono a osservare, sperando di catturare il buco nero che lacera la nuvola in tempo reale.

Lo spettacolo non è mai veramente iniziato. Le osservazioni di follow-up hanno rivelato che il materiale che si muove verso Sagittarius A* è rimasto notevolmente stabile durante l'incontro, senza segni di perturbazione dall'arrivo di G2. L'anticlimax è stato stesso utile: ha detto ai ricercatori che il modello di alimentazione del buco nero è più resiliente al passaggio di una nuvola di quanto i modelli avessero assunto, un vincolo che ancora modella come gli scienziati simulano la materia che cade nei buchi neri altrove.

Mentre tutti aspettavano G2, Sagittarius A* ebbe i suoi stessi capricci. Il 14 settembre 2013, l'Osservatorio Chandra ai raggi X catturò un brillamento 400 volte più luminoso del bagliore normale e tranquillo del buco nero — un'esplosione quasi 3 volte più forte del precedente detentore del record, fissato all'inizio del 2012. Settimane dopo, una volta che le cose si erano calmate, Chandra registrò una seconda esplosione, questa 200 volte più luminosa del solito, in ottobre.

Poiché entrambi i brillamenti si verificarono ben prima dell'approccio più ravvicinato previsto di G2, non potevano essere stati scatenati dalla nuvola che tutti stavano osservando. La spiegazione principale è molto più strana: qualcosa di più piccolo e più vicino, possibilmente un asteroide vagante, che si avvicina troppo al buco nero e viene strappato a pezzi. In ogni caso, i brillamenti sono un promemoria che Sagittarius A* non ha bisogno di una nuvola di gas drammatica per fare notizia — può farlo da solo, imprevedibilmente, in una settimana ordinaria.

Lo strumento GRAVITY dell'European Southern Observatory ha catturato qualcosa che nessuno aveva mai testimoniato direttamente prima: grumi di gas che tracciavano un anello attorno a Sagittarius A*, appena al di fuori dell'orizzonte degli eventi, a circa il 30 percento della velocità della luce — il più vicino che qualcuno aveva mai osservato la materia viaggiare prima di cadere oltre il punto di non ritorno.

Quella misurazione ha funzionato solo perché GRAVITY "imbroglione". Fonde la luce raccolta da quattro telescopi separati al Very Large Telescope in uno strumento virtuale con il potere risolutivo di uno specchio largo 130 metri, molto più grande di qualsiasi piatto singolo che potrebbe mai essere costruito. La combinazione di ambiti in questo modo trasforma una macchia di luce a 26.000 anni luce di distanza in un'orbita tracciabile.

Lo stesso strumento GRAVITY, abbinato a un gemello chiamato SINFONI, ha trascorso anni a tracciare una stella nota come S2 mentre oscillava passato Sagittarius A* su un'orbita selvaggiamente allungata. Quando S2 ha fatto il suo passaggio più ravvicinato, i ricercatori hanno misurato, per la prima volta in un ambiente così estremo, esattamente gli effetti di allungamento della luce e spostamento dell'orbita che la relatività generale prevede vicino a un corpo massiccio — non la fisica più semplice della gravità newtoniana.

S2 non è nemmeno più il contendente più vicino conosciuto. A partire dal 2020, una stella chiamata S4714 detiene quel record, oscillando entro circa 12,6 UA — approssimativamente la distanza di Saturno dal Sole — mentre si muove a circa l'8% della velocità della luce. Tracciare stelle come queste, su orbite abbastanza veloci e strette da sentire le impronte della relatività, è come gli astronomi hanno pesato Sagittarius A* senza mai vederlo.

Molto prima che qualcuno fotografasse Sagittarius A*, gli astronomi radio stavano chiudendosi sulla sua vera dimensione. Uno studio del 2019 che combinava l'Atacama Large Millimeter Array con una rete mondiale di radiotelescopi ha scoperto che la sua emissione radio proviene da una pezza di cielo larga solo 300 milionesimi di grado, con una forma così uniforme da sembrare quasi perfettamente rotonda.

Ottenere una messa a fuoco così nitida ha richiesto decenni di progresso incrementale: le osservazioni molto prime di Sagittarius A* alla specifica frequenza radio utilizzata in quello studio del 2019 erano state fatte 26 anni prima, usando solo una manciata di telescopi piuttosto che un array che abbraccia il globo. Ogni generazione di strumenti ha affinato ulteriormente la sfocatura, un affilatura lenta che infine ha reso possibile un'immagine reale.

Questo stesso studio del 2019 ha rivelato qualcosa di inquietante: la regione di emissione è così piccola e così simmetrica che la fonte potrebbe effettivamente essere puntata quasi direttamente verso la Terra. Piuttosto che guardare Sagittarius A* dal lato, come normalmente osserviamo fonti radio lontane, potremmo stare guardando quasi direttamente in uno dei suoi getti, come fissare una torcia invece di guardare il suo fascio passare. È un promemoria che il buco nero della nostra galassia non è uno sfondo passivo; la sua geometria forma attivamente ciò che siamo in grado di misurare da qui.

Il caso teorico che Sagittarius A* dovesse essere un buco nero si è costruito per decenni esattamente su questo tipo di prove orbitali e radio. Il comitato Nobel ha concordato: nel 2020, Reinhard Genzel e Andrea Ghez hanno diviso un quarto di quota ciascuno del premio per la Fisica, onorati per aver individuato che l'oggetto al centro della nostra galassia era troppo compatto per essere nulla di meno di un buco nero.

Due anni dopo, la teoria ha incontrato l'immagine. Il 12 maggio 2022, l'Event Horizon Telescope Collaboration ha rilasciato la prima immagine di Sagittarius A*, un anello brillante di luce curvato attorno a un centro scuro a circa 26.000 anni luce dal luogo in cui stiamo in piedi. L'umanità era riuscita a fare questo solo una volta prima, catturando il buco nero supermassicchio all'interno della galassia Messier 87 nel 2019 — rendendo questa la prima immagine confermata, non solo una prova teorica, dell'oggetto che siede nel cuore della nostra stessa galassia.

• NASA: Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way's Black Hole
• ESO: Best View Yet of Dusty Cloud Passing Galactic Centre Black Hole
• ESO: Most Detailed Observations of Material Orbiting Close to a Black Hole
• Phys.org: Revealing the Black Hole at the Heart of the Galaxy
• Wikipedia: Sagittarius A*