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Cosa stai guardando

L'immagine di un buco nero, tracciata raggio per raggio nello spazio-tempo curvo: l'ombra scura, il sottile anello di fotoni attorno e un disco di gas luminoso piegato sopra. Scegli massa, spin e angolo di vista, poi apri Immagini dell'EHT per mettere le immagini reali di M87* e Sgr A* dell'Event Horizon Telescope accanto al modello, alla stessa scala.

Comandi

Su questo dispositivo:

Mouse

  • Trascina l'immagine per ruotare attorno al buco; usa la rotella per avvicinarti o allontanarti. Ruota, Più vicino, Più lontano e Torna alla vista iniziale fanno lo stesso.
  • Clicca M87* o Sgr A* per prendere la massa e la distanza di quel buco; trascina Massa, Spin e Angolo di vista.
  • Clicca Disco di accrescimento, Anello di fotoni, Contorno dell'ombra, ISCO e Griglia del cielo per mostrare o nascondere ciascuno.
  • Clicca Immagini dell'EHT per confrontare. Sfoca a 20 µas eguaglia la nitidezza del telescopio; Massa dall'articolo rimette la massa pubblicata.
  • Clicca il badge accanto a un numero degli articoli per la sua fonte e la licenza.

Tastiera

  • Con Tab raggiungi Ruota, Più vicino, Più lontano o Torna alla vista iniziale e premi Invio o Spazio per muovere la camera.
  • Con Tab raggiungi un cursore; le frecce lo spostano, Home e Fine saltano agli estremi.
  • Sulle schede, le frecce sinistra e destra passano tra Il buco nero e Immagini dell'EHT.
  • H o ? apre questo pannello. Esc lo chiude.
Altri dispositivi

Touch

  • Trascina l'immagine con un dito per ruotare; pizzica con due per avvicinarti o allontanarti.
  • Tocca una sorgente, poi scorri Massa, Spin e Angolo di vista.
  • Tocca il pulsante di un livello per mostrarlo o nasconderlo.
  • Tocca Immagini dell'EHT; sul telefono le due immagini si impilano, quella dell'EHT sopra.

Visore e AR

  • Con un visore, Entra in VR ti mette a 10 raggi di Schwarzschild dal buco, che occupa l'angolo che occuperebbe davvero: circa 28°.
  • Punta il pannello con un controller o con la mano. Premi il grilletto o pizzica per premere.
  • Pannello: Più vicino e Più lontano (da 5 a 20 raggi di Schwarzschild), Spin e Inclina su o giù, Disco sì o no, Ricomincia. Mostra l'angolo dell'ombra e a che ritmo va il tuo orologio.
  • Punta il pavimento e premi per teletrasportarti; lo stick destro ruota di 30° alla volta. Esci dalla VR è sul pannello.
  • La prima sessione apre una breve introduzione che insegna questi controlli; Comandi sul pannello la riapre.

Glossario

Buco nero
Una regione dove la gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, torna fuori. Il suo confine è l'orizzonte degli eventi.
Perché conta Ogni immagine qui è della luce attorno: il buco non ne dà.
GM/c²
La lunghezza naturale di un buco nero di massa M: 1,5 km per la massa del Sole, 64 UA per M87*. Ogni distanza del modello si misura in essa, così una sola immagine vale per qualunque massa.
Orizzonte degli eventi
La superficie di non ritorno, a r₊ = (1 + √(1 − a²)) GM/c²: 2 GM/c² (il raggio di Schwarzschild) senza spin, fino a 1 GM/c² con lo spin massimo.
Spin a
Quanto velocemente gira il buco, da 0 a poco meno di 1. Un buco che ruota trascina lo spazio con sé, così orbite e luce da un lato differiscono dall'altro.
Perché conta L'EHT e le simulazioni preferiscono uno spin alto per M87*, vicino a 0,9.
Ombra
La macchia scura dove la luce arriverebbe dalla direzione del buco ma non può: i raggi puntati lì cadono. Senza spin misura 2√27 ≈ 10,4 GM/c² da lato a lato, 2,6 volte l'orizzonte.
Perché conta La sua dimensione dipende quasi solo dalla massa divisa per la distanza, così pesa il buco.
Anello di fotoni
Luce che ha girato una o più volte attorno al buco prima di arrivarti, ammassata in un anello sottile sul bordo dell'ombra. Il livello Anello di fotoni illumina la luce del disco che ha attraversato il suo piano prima di arrivare.
Sfera di fotoni
Dove la luce può orbitare, in modo instabile: 3 GM/c² senza spin. I raggi che la sfiorano possono girare molte volte; vista da lontano il suo bordo è quello dell'ombra, a √27 GM/c² dal centro.
Orbita circolare stabile più interna (ISCO)
L'orbita circolare più vicina che regge: 6 GM/c² senza spin, 1 GM/c² con il massimo. Il gas oltre cade, così il disco finisce lì.
Perché conta Quanto in fondo arriva il disco fissa quanta energia può liberare: il 6% della sua massa senza spin, fino al 32% ruotando veloce.
Disco di accrescimento
Gas che orbita il buco in un disco sottile e piatto, scaldato dal proprio attrito mentre cade a spirale. Il modello usa il disco di Novikov e Thorne, con la formula di Page e Thorne per la luce di ogni anello.
Effetto Doppler relativistico
Il gas che viene verso di te appare più luminoso e più blu, quello che si allontana più debole e più rosso. A un terzo della velocità della luce la differenza supera le dieci volte.
Spostamento gravitazionale verso il rosso
La luce che risale da un pozzo profondo perde energia. Insieme all'effetto Doppler fissa g, il rapporto tra l'energia della luce qui e nel gas; la luminosità va come g⁴.
Lente gravitazionale
La gravità che piega la luce. Vicino al buco la piega tanto che il lato lontano del disco si vede sopra l'ombra, e il cielo dietro si stira in anelli: lo mostra il livello Griglia del cielo.
Angolo di vista
L'angolo tra la tua linea di vista e l'asse di rotazione: a 0° guardi il disco dall'alto, a 90° di taglio. Il getto di M87* punta a circa 17° da noi.
Microsecondo d'arco (µas)
Un milionesimo di secondo d'arco: la larghezza di una ciambella sulla Luna vista dalla Terra. L'anello di M87* misura 42 µas.
Perché conta Vederlo ha richiesto telescopi sparsi sulla Terra che lavorano come un'unica antenna grande quanto il pianeta.
θg
GM/c² visto dalla Terra: GM/(c²D) come angolo. L'anello misura circa 11 θg; gli articoli danno 3,8 µas per M87* e 4,8 µas per Sgr A*.
Event Horizon Telescope (EHT)
Radiotelescopi di più continenti che osservano insieme a 1,3 mm, combinati con l'interferometria a lunghissima base. La sua risoluzione è di circa 20 µas.
Perché conta La sua campagna del 2017 ha dato le prime immagini dell'ombra di un buco nero: M87* (pubblicata nel 2019) e Sgr A* (2022).
Risoluzione (fascio)
Il dettaglio più piccolo che la rete vede, circa 20 µas: le immagini sono sfocate da una macchia di quella misura. Il cerchio nell'angolo di ogni immagine la mostra.
Diametro dell'anello
La dimensione dell'anello di emissione, misurata dal raggio più luminoso attorno a un centro scelto perché sia uguale in ogni direzione (il metodo REX dell'EHT). La sfocatura lo sposta un po' verso l'interno.
Temperatura di Hawking
La teoria quantistica dà a ogni buco nero un debole bagliore a T = ħc³/(8πGMk_B): 6 × 10⁻⁸ K per una massa solare, meno per quelli più pesanti, zero con lo spin massimo.
Perché conta Quella di M87* è circa 10⁻¹⁷ K, molto sotto i 2,7 K del fondo cosmico: assorbe più di quanto emetta.
Spazio-tempo di Kerr
La soluzione esatta delle equazioni di Einstein per un buco nero che ruota (Roy Kerr, 1963). L'immagine vi traccia la luce; senza spin è quello di Schwarzschild.
Tracciamento dei raggi
Seguire all'indietro la luce di ogni pixel, passo dopo passo lungo il suo cammino curvo, finché cade, colpisce il disco o arriva al cielo. La vista web lo fa sulla scheda grafica; il visore legge le curve da una tabella calcolata prima.

Tutto l'aiuto e le domande

L'ombra di un buco nero

Traccia la luce attorno a un buco nero che ruota: l'ombra, l'anello di fotoni e il disco piegato. Confrontalo con le immagini reali dell'EHT.

Trascina l'immagine per ruotare; usa la rotella o pizzica per avvicinarti.

Sorgente

Fissa la dimensione, l'angolo dell'ombra dalla Terra e la temperatura, mai la forma. M87* pesa 6,5 × 10⁹ M☉.

0 è un buco di Schwarzschild; vicino a 1 il buco trascina lo spazio con sé, il disco arriva più vicino e l'ombra si appiattisce da un lato.

Gradi tra la tua linea di vista e l'asse di rotazione: a 0° guardi il disco dall'alto, a 90° di taglio. Il getto di M87* indica circa 17°.

Mostra
Raggio dell'orizzonte
120 UA
1,87 GM/c²
Ombra vista dalla Terra (M87*)
39,4 µas
10,31 GM/c²
Temperatura di Hawking
8,8 × 10⁻¹⁸ K
Orbita stabile più interna
272 UA
4,23 GM/c²
Distanza della camera
30 GM/c²
15,0 raggi di Schwarzschild

In unità di GM/c² l'immagine è la stessa per qualunque massa: la massa la scala soltanto.

L'ombra

La luce che passa a meno di √27 ≈ 5,2 GM/c² dal centro cade a spirale e non esce più. La macchia scura che lascia, l'ombra, misura 2√27 ≈ 10,4 GM/c² da un lato all'altro: 2,6 volte l'orizzonte. Lo spin la schiaccia da un lato, di pochi punti percentuali.

Il disco

Il gas orbita in un disco sottile fino all'orbita stabile più interna e brilla per il calore del proprio attrito (Novikov e Thorne). Il lato che viene verso di te appare più luminoso e più blu, quello che si allontana più debole: è l'effetto Doppler. La gravità piega la luce del lato lontano sopra l'ombra e sotto.

Come si fa l'immagine

Il raggio di luce di ogni pixel si segue all'indietro nello spazio-tempo di Kerr, qualche centinaio di passi, finché cade, arriva sul disco o esce verso il cielo. Lo stesso tracciatore, nei test, coincide con il contorno di Bardeen entro lo 0,2%.

Crediti

Immagini dell'EHT: Event Horizon Telescope Collaboration, First M87 EHT Results I (ApJL 875, L1, 2019, CC BY 3.0) e First Sgr A* EHT Results I (ApJL 930, L12, 2022, CC BY 4.0), figura 3 di ciascuno, con i diametri dell'anello, le masse e le distanze degli articoli.

Contorno dell'ombra secondo Bardeen (1973); deflessione della luce in forma chiusa secondo Darwin (1959); il disco secondo Novikov e Thorne (1973) e Page e Thorne (1974); la misura dell'anello secondo Chael et al. (2019).

Articolo su M87* (2019)Articolo su Sgr A* (2022)Page e Thorne (1974)