Cagliari, Stephen Hawking e la prima foto di un black hole. Intervista ad un cacciatore di buchi neri

Intervista di Antonella Vitelli, Milano, aprile 2019

Ciriaco Goddi, ricercatore orunese, laureato in Fisica all'Università di Cagliari, Professore all'Università di Leida oggi è al centro di quella che viene definita una delle scoperte più sorprendenti nella storia dell'universo: i buchi neri.

La prima foto di un buco nero

Professore questa storia è davvero interessante, ma di preciso quando ha deciso di occuparsi di buchi neri?

Quando avevo 16 anni, cercando un libro interessante da leggere nella biblioteca del Liceo Scientifico di Bitti, mi ero imbattuto prima in questo libro: "Dal big bang ai buchi neri. Breve storia del tempo" di Stephen Hawking. Decisi di leggerlo, e il libro mi affascinò e esaltò a tal punto, che ne cercai degli altri, in particolare i primi 3 minuti, di Steven Weinberg, un intero libro che parlava di come si era formato l’universo, in soli 3 minuti. Ero sconcertato, incredulo, ma eccitato. E fu allora che presi la decisione: studiare fisica all'Università e diventare un astrofisico.

Dopo tanti anni, mi ritrovo a far parte di uno dei progetti osservativi  più importanti sullo studio dei buchi neri, e questo lo devo alla sua ispirazione durante la mia adolescenza.

Ho anche avuto la fortuna e l'onore di seguire una lezione di Hawking e conoscerlo nel 2012 nella prestigiosa Università americana Caltech, che Hawking visitava ogni anno. Mi avevano colpito molto la sua ironia e la sua capacità di spiegare concetti difficili e contro-intuitivi in maniera semplice.

Poi cosa è successo?

Dopo la Laurea in Fisica, feci un Dottorato in Astronomia, però non sui buchi neri, ma sulla formazione di stelle. La prima volta che ho sentito, o meglio, mi sono appassionato a questo progetto, risale a   più di 10 anni fa. Nel 2008 mi trovavo allo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dove ho lavorato 3 anni come giovane ricercatore (il mio primo postdoc!). A fare il colloquium (seminario di istituto) c’era un certo Shep Doeleman, non molto conosciuto allora, e che oggi è il Direttore dell'Event Horizon Telescope. Presentava dei risultati di prime misure VLBI di Sagittarius A*, con 3 telescopi, in Hawaii, Arizona e California. Queste prime misure dimostravano che la sorgente aveva delle dimensioni paragonabili a quelle dell’ Orizzonte degli eventi di un buco nero di 4 milioni di masse solari. I was hooked! (come direbbero gli americani). All’epoca io usavo la stessa tecnica per studiare un’altra sorgente molto interessante, una protostella massiccia nella nebulosa di Orione (stessa tecnica ma sorgenti diverse!). Ho continuato a lavorare per quel progetto, ma seguivo quanto potevo l’evolvere dell’EHT. Nel 2009 mi sono spostato ad ESO e ho partecipato al commissioning di ALMA. Nel 2012 mi trasferisco in Olanda, per un altro progetto VLBI. Nel 2013, il mio direttore di allora, mi riferisce che un’Università olandese aveva ricevuto un grosso grant dall’ERC (per ben 14 milioni di euro!) per fare una ricerca con gli stessi obiettivi dell’EHT, e cercavano uno scienziato con un’esperienza notevole sia in VLBI che ALMA (perché servivano entrambi per la realizzazione del progetto), e grazie alla mia unica expertise, Il PI del progetto finanziato dall’ERC, battezzato come BlackHoleCam, è arrivato a me e mi ha offerto un posto come BlackHoleCam project scientist. Il progetto è partito nell’Ottobre del 2014. è diventato subito chiaro che la competizione con gli americani non avrebbe portato da nessuna parte ne loro ne noi, e saggiamente abbiamo unito le forze! Ci sono voluti due anni (anche se la firma ufficiale è arrivata tre anni dopo, nel 2017), per formare un consorzio internazionale, l'Event Horizon Telescope Consortium (o EHTC), con un obiettivo comune : ottenere la prima foto di un buco nero.

In cosa consiste il progetto BlackHoleCam?

BlackHoleCam è un progetto finanziato attraverso un "Sussidio sinergico" assegnato dall'European Research Council (ERC) a un gruppo di astrofisici europei: Heino Falcke della Radboud University Nijmegen in Olanda, Luciano Rezzolla della Goethe University Frankfurt e Max-Planck-Institut für Radioastronomie in  Bonn, in Germania. Io servo da Project Scientist e Remo Tilanus da Project manager, e entrambi facciamo parte della Radboud e Leiden University.


Tutto il nostro gruppo fa parte della collaborazione Event Horizon Telescope.

L'obiettivo del progetto è quello di creare immagini, misurare e comprendere i buchi neri astrofisici. La nostra ricerca testerà le previsioni fondamentali della teoria della Relatività Generale di Einstein.

I membri del team BlackHoleCam sono partner attivi del Global Event Horizon Telescope Consortium. L'obiettivo principale di BlackHoleCam e dell'Horizon Telescope (EHT) è quello di realizzare la prima immagine dei buchi neri supermassicci al centro della galassia ellittica M87 nell'ammasso Virgo e quella al centro della nostra galassia, Sagittario A *. Nell'ambito della collaborazione EHT, abbiamo raggiunto il primo obiettivo della prima immagine di M87 e stiamo contribuendo a raggiungere il secondo obiettivo.

Oltre alla rete globale "Event Horizon Telescope", che fornisce la massima risoluzione in astronomia, usiamo gli stessi telescopi per trovare e misurare pulsar, orologi naturali altamente precisi nello spazio, attorno a Sagittario A *. Questo ci permetterà di determinare la deformazione dello spazio e del tempo causata da un buco nero con estrema precisione. I risultati saranno confrontati con simulazioni dettagliate per determinare se Einstein avesse effettivamente ragione.  

Cosa conferma e cosa smentisce questa scoperta?

L’obiettivo ultimo è quello di testare la Teoria Generale della Relatività, pubblicata da Einstein nel 1916. Quindi questa teoria ha più di 100 anni, ma nonostante la veneranda età, i tutti gli esperimenti condotti finora l'hanno confermata.

I buchi neri sono la predizione più estrema o fondamentale della Teoria di Einstein, e L’Orizzonte degli eventi è la caratteristica fondamentale di un buco nero però non si è mai osservato fisicamente.

Ed è proprio questa la motivazione dell'EHT: vedere o almeno trovare una prova sperimentale dell'esistenza dell'Orizzonte degli eventi e quindi dei buchi neri. Ed è proprio questo che abbiamo fatto: abbiamo visto che anche in prossimità di un buco nero, quasi affacciandoci sull’Orizzonte degli eventi, quello che vediamo è quello che ci aspettiamo dalla Teoria Generale della Relatività di Einstein.

Quindi in breve, sì, Einstein aveva ragione, almeno per ora, nel senso che nel complesso, l'immagine osservata è consistente con le aspettative per l'ombra di un buco nero rotante (con spin diverso da zero, anche conosciuto come Kerr black hole) come previsto dal generale Relatività.

Sebbene la nostra ipotesi di lavoro sia stata quella DI un buco nero di Kerr (cioè in accordo con la Teoria General della Gravita), è interessante considerare se i dati sono anche coerenti con modelli  l'alternativi. Queste alternative possono essere raggruppati in tre categorie principali: (1) buchi nerI all'interno della Relatività Generale che includono ulteriori campi; (2) soluzioni black-hole da teorie alternative di gravità o incorporando effetti quantici; (3) blackhole mimickers, cioè oggetti compatti, entrambi all'interno Relatività Generale o in teorie alternative, le cui proprietà potrebbe essere assomigliare a quelle dei buchi neri.


La storia è lunga, ma in sintesi, dal momento che ciascuna delle molte alternative esotiche ai buchi neri Kerr possono estendersi su un enorme spazio di parametri che sono difficile da vincolare, i confronti effettuati con i dati a disposizione deve essere considerati preliminari. Tuttavia, posso affermare che le osservazioni EHT2017 non sono consistenti con molte delle alternative a buchi neri Kerr e alcuni di quei modelli che producono immagini simili mostrano dinamiche  piuttosto diverse da quello che ci aspettiamo. Osservazioni future e una modellizzazione teorica più dettagliata, combinata con osservazioni a più corta lunghezze d'onda e alta risoluzione angolare e misure polarimetriche (che forniscono informazioni su campi magnetici), potranno fornire ulteriori verifiche di alternative a alla Relatività di Einstein.

Qual è il passo successivo di questo progetto di ricerca? Cosa farete adesso?

Questo è solo l’inizio, quindi continueremo con le osservazioni. Abbiamo ancora da studiare in toto Sgr A*, fare studi di campi magnetici da luce polarizzata di entrambi M87 e Sgr A*, confrontare immagini di diverse epoche (e solo questo con I dati che abbiamo a disposizione).

In futuro, vorremmo aggiungere nuovi telescopi al network (a partire dal 2020) e andare a osservare a frequenze    più alte, che ci darà una risoluzione angolare ancora migliore e il plasma diventa ancora più trasparente. Entrambi gli aspetti ci permetteranno di intravvedere ancora meglio l’ Orizzonte degli eventi avvolto dal plasma incandescente. E sul lungo range temporale, vorremmo andare nello spazio e usare la tecnica VLBI con satelliti, che ci permetterebbero di andare oltre la terra e quindi non essere    più vincolati alle dimensioni della terra come diametro del nostro telescopio virtuale. Andare nello spazio, permetterebbe di osservare a lunghezze d’onda più corte o frequenze più lunghe (che vengono filtrate dalla nostra atmosfera , rendendone impossible l’osservazione da terra) e avere poteri risolutivi ancora più alti. E inoltre l’emissione del plasma diventa ancora più trasparente a frequenze    più alte, permettendoci di avvicinarci ancora di più all’Orizzonte degli eventi.

Insomma nel prossimo decennio saremo ancora molto occupati a migliorare le nostre misure e a testare ancora più precisamente la teoria di Einstein.

Tanti nomi italiani nel team. Professore sarebbe stato possibile condurre questa ricerca in Italia? Quali sono i punti di forza e di debolezza del sistema italiano? Se pensa che ci siano!

Questa progetto si basa su una tecnica osservativa che include diversi telescopi e osservatori astronomici in diversi paesi e continenti. Come tale, ha bisogno per la sua realizzazione di una collaborazione globale di istituti diversi, in diversi paesi, che si governano indipendentemente ma che decidono di collaborare per un fine comune. L’Italia non ha a disposizione telescopi che possono osservare alle alte frequenze dell’EHT, è più un problema di climatologia e di logistica che di limiti nel sistema o di finanziamenti. 

Obiettivi per il futuro? 

Andare a vivere in un posto al caldo…..

A questo punto per scaramanzia evito di chiedere altro al Prof. e mi accontento della risposta sull'obiettivo di un posto al sole sperando che porti bene al suo futuro professionale e anche a quello della conoscenza dell'universo.