Un team di scienziati ha utilizzato l’intelligenza artificiale per rivelare la struttura di un’esplosione osservata nel buco nero supermassiccio Sagittarius A* (Sgr A*), situato al centro della Via Lattea. Il risultato, presentato in video, aiuterà loro a comprendere meglio l’ambiente caotico intorno a questo tipo di oggetti. Nel 2017, l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Cile ha osservato Sagittarius A* per 100 minuti, subito dopo un’esplosione nel suo disco di accrescimento. Secondo recenti precedenti, tali esplosioni sembrano verificarsi abbastanza frequentemente. L’analisi successiva del 2017 le ha osservate a intervalli di 149 minuti, mentre un’indagine del 2022 ha rivelato le onde radio a intervalli di 70 minuti. Oltre alle onde radio, gli eventi provocano anche l’emissione di segnali a raggi X, ma si sa ancora poco su cosa causi effettivamente le esplosioni. L’ipotesi più concreta è che la colpa sia delle bolle meno dense nel disco di accrescimento del buco nero.
Il disco di accrescimento è formato da materia attratta dal campo gravitazionale estremo dei buchi neri. Prima di cadere nell’orizzonte degli eventi (il punto da cui nulla può sfuggire, nemmeno la luce), questa materia viene accelerata a velocità sbalorditive e trasformata in plasma, ovvero i suoi elettroni vengono strappati dai nuclei atomici. Una volta libere, le particelle cariche (elettroni e protoni) sono altamente sensibili ai campi magnetici del buco nero, dando luogo a un fenomeno noto come luce di sincrotone, che è quella prodotta in alcuni acceleratori di particelle. Questa luce viene emessa a diverse lunghezze d’onda e può quindi essere rilevata da potenti telescopi. Tuttavia, molte altre cose accadono nel disco di accrescimento e nella sua interazione con i campi magnetici e gravitazionali del buco nero; tra queste, le esplosioni rilevate a Sgr A*. Per studiare questi processi su scala inferiori, gli astronomi si affidano a simulazioni di supercomputer e algoritmi di apprendimento automatico.
Le esplosioni in Sgr A*
La regione intorno al buco nero supermassiccio della nostra galassia è stata analizzata per anni e ha ricevuto un grande impulso nel 2022 grazie alla sua prima vera foto scattata dall’Event Horizon Telescope. Con questa immagine, gli astrofisici hanno avuto l’opportunità unica di osservare il disco di accrescimento a forma di anello attorno al buco nero. Successivamente, gli studi condotti da ALMA mostrano una notevole variabilità nell’emissione di radiazioni da questo oggetto a causa delle esplosioni nel disco di accrescimento, rivelando la presenza di materia molto vicina all’orizzonte degli eventi. Ora, il nuovo studio fornisce una ricostruzione 3D di questa emissione, basata sulle osservazioni del 2017. Per raggiungere questo obiettivo, gli autori hanno sviluppato un nuovo approccio computazionale chiamato tomografia polarimetrica orbitale, che differisce da quello utilizzato dallo stesso EHT. Invece di osservare l’evoluzione dell’esplosione in diverse immagini, utilizzando più punti di vista, il nuovo studio fornisce una simulazione tridimensionale.
La grande differenza in questo approccio è che il metodo considera il movimento della luce in raggi curvi, definiti dalla massa e dalla rotazione del buco nero. Nella simulazione convenzionale, lo spazio e il tempo sono “piatti” anziché curvi, generalmente per risparmiare ai supercomputer calcoli molto più complessi – da qui l’importanza di avere l’intelligenza artificiale per aiutare con la modellazione. Grazie all’intelligenza artificiale, capace di rappresentare tridimensionalmente l’evoluzione nel tempo di un singolo pixel (hot spot) nelle immagini ALMA, il team è riuscito a osservare regioni compatte e luminose a una distanza di circa sei volte il raggio dell’orizzonte degli eventi. Questa simulazione rafforza l’idea che le frequenti esplosioni in Sgr A* si verificano, in effetti, a causa di punti caldi, cioè di bolle di plasma a densità inferiore provenienti dal disco di accrescimento. Il video finale corrisponde sorprendentemente bene alle osservazioni di ALMA, indicando che questa ipotesi è corretta.
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