Guarda una fotografia. Cattura un momento. Un istante congelato. Il giorno del tuo matrimonio. Il tramonto. L’istantanea presuppone che ogni fotone che colpisce il sensore abbia lasciato il soggetto esattamente nello stesso momento. È una bugia confortante. Più o meno.
La realtà è più confusa. Anche in un’immagine normale, la luce della persona a sinistra inizia il suo viaggio una frazione di secondo prima rispetto alla luce della persona a destra. Ma questo lo ignoriamo. Non ci pensiamo. Perché? Perché la velocità della luce è follemente elevata. Il ritardo è trascurabile. L’immagine è un unico “adesso”.
I buchi neri rovinano questa logica.
Lì, lo spaziotempo è così deformato che “adesso” non esiste come uno strato uniforme. Una singola immagine proveniente da un buco nero combina la luce emessa in momenti diversi. Alcuni fotoni hanno preso la via diretta. Altri giravano attorno all’abisso per chissà quanto tempo prima di colpire il tuo rilevatore. L’immagine è un collage di passato e presente. Una capsula del tempo.
Daniel Rojas-Paternina e Alejandro Cárdenas-Avenado ci hanno pensato. Il loro articolo, presto pubblicato su Physical Review D, risolve il problema. Ci dicono quando quelle differenze orarie nascoste contano e quando possiamo semplicemente ignorarle.
“Un utile punto di partenza è una normale fotografia… Ma poiché la velocità della luce è grande, normalmente trattiamo la foto come la registrazione di un istante.”
Cerchiamo di essere chiari. Finora abbiamo fotografato due buchi neri. M87. Sgr A. Nessuna delle immagini mostra il buco nero stesso. Vedi un’ombra. Un buco nell’universo. Intorno c’è un bagliore arancione. Gas surriscaldato. Un disco di accrescimento che gira fuori controllo. È luminoso. È rumoroso. Urla da milioni di anni luce di distanza
Per modellare questo, i fisici utilizzano due approcci.
Primo: il modello Fast-Light.
Tratta l’immagine del buco nero come una foto di un cane. Affrettato. Fatto. Fai finta che ogni fotone sia arrivato dallo stesso istante. Scatti un’istantanea del gas. Lo immagini. Passi a quello successivo. È veloce. È economico dal punto di vista computazionale. È pigro. Ma è sbagliato? Non necessariamente. Se il gas è costante funziona bene.
Quindi: il modello Slow-Light.
Ciò mantiene i ritardi. Ciò spiega il fotone che ha fatto il giro dell’orizzonte degli eventi due volte mentre un altro è sfrecciato direttamente sulla Terra. Dice: Questo pixel è di martedì. Quel pixel è di giovedì. Il problema? È un incubo per i computer. Calcolare la mappa del ritardo temporale per ogni singolo pixel costa una fortuna in termini di potenza di elaborazione. Un fotogramma di immagine richiede migliaia di istantanee del flusso.
Quale dovresti usare?
Dipende dal caos.
Se il gas attorno al buco nero è calmo, vale l’approssimazione Fast-Light. La scena non è cambiata molto dall’ultimo fotone partito. È tutta la stessa zuppa. Ma cosa succede se il gas tremola? Vortici violenti? Bagliori luminosi che esplodono in un millisecondo? Quindi la differenza oraria diventa critica. Stai confrontando la quiete di ieri con il boom di oggi nello stesso quadro.
La fisica si riduce a una gara.
Due orologi ticchettano. Si misura la velocità con cui cambia il gas. L’altro misura la diffusione del tempo di viaggio dei fotoni.
Rojas-Paternina e Cárdenas-Avendo hanno trovato una via di mezzo. Lo chiamano Luce intensa.
Non è completamente veloce. Non è completamente lento. Mantiene le strutture di ritardo temporale dominanti – i grandi loop e le curve – ma riduce il grasso computazionale. Si avvicina alla precisione della Slow-Light senza richiedere giorni da supercomputer. Un compromesso. Un trucco che funziona davvero.
Quindi dobbiamo eliminare le iconiche immagini dell’Event Horizon Telescope?
No.
Siamo stati fortunati con gli angoli. M87 e Sgr A sono stati visualizzati in modo tale che il modello Fast-Light fosse abbastanza vicino. Gli errori di temporizzazione erano nascosti dalla geometria.
La vera prova sta arrivando.
Gli osservatori di nuova generazione, come il proposto Black Hole Explorer, vogliono osservare gli anelli fotonici. Si tratta di strette fasce di luce modellate non dal gas, ma dallo spaziotempo stesso. Fotoni che orbitano attorno al buco prima di fuggire.
Qui il tempismo è tutto. L’anello è fatto di fantasmi. Luce emessa in momenti diversi, prendendo percorsi diversi. Un film di un buco nero non è solo un video. È strano. Ogni fotogramma fonde la storia.
“Un film sul buco nero è più strano di un film normale.”
L’Event Horizon Telescope sta cercando di realizzare quel film adesso. Siamo ancora confusi. Ancora granuloso. Ma siamo più vicini che mai a vedere il motore girare.
Quando i fotogrammi finalmente si allineeranno, non vedremo solo la luce. Ci guarderemo indietro. Non solo attraverso lo spazio. Ma attraverso il tempo.
Il documento è in attesa di Physical Review D. Se lo desideri, puoi leggere la prestampa su arXiv.
