Grazie alla combinazione dei dati raccolti dal telescopio Atacama Large Millimeter Array (ALMA), e una tecnica di intelligenza artificiale e' stato sviluppato il primo video tridimensionale che mostra come potrebbero apparire i brillamenti intorno a Sagittarius A* (Sgr A*) – pronunciato 'sadge-ay-star' – il buco nero supermassiccio che si trova nel cuore della Via Lattea. Lo dimostra uno studio guidato da un gruppo di scienziati del Caltech, pubblicato su 'Nature Astronomy'. Gli scienziati ritengono che l'ambiente piu' prossimo che circonda un buco nero sia tumultuoso, con gas caldo magnetizzato che si muove a spirale in un disco a velocita' e temperature enormi. Le osservazioni astronomiche mostrano che all'interno di questo disco si verificano misteriosi brillamenti fino a diverse volte al giorno, che si accendono temporaneamente e poi svaniscono. I risultati, basati sui dati raccolti da ALMA, in Cile, in un periodo di 100 minuti, immediatamente dopo un'eruzione vista nei dati a raggi X l'11 aprile 2017, mostrano che la struttura tridimensionale dei brillamenti presenta due elementi luminosi e compatti, situati a circa 75 milioni di chilometri, ovvero la meta' della distanza tra la Terra e il Sole, dal centro del buco nero.
"Questa e' la prima ricostruzione tridimensionale del gas che ruota vicino a un buco nero", ha detto Katie Bouman, assistente professore di informatica e scienze matematiche, ingegneria elettrica e astronomia al Caltech. "Il video non e' una simulazione, ma nemmeno una registrazione diretta degli eventi cosi' come si sono svolti – ha affermato Aviad Levis, borsista post-dottorato nel gruppo di Bouman e autore principale del nuovo lavoro – e' una ricostruzione basata sui nostri modelli di fisica dei buchi neri. C'è ancora molta incertezza perche' si basa sull'accuratezza di questi modelli". Per ricostruire l'immagine 3D, la squadra di ricerca ha dovuto sviluppare nuovi strumenti di imaging computazionale che potessero, ad esempio, tenere conto della curvatura della luce dovuta alla curvatura dello spazio-tempo intorno a oggetti di enorme gravita', come un buco nero. Il gruppo multidisciplinare di scienziati ha, innanzitutto, valutato la possibilita' di creare un video 3D dei brillamenti intorno a un buco nero nel giugno 2021. La Event Horizon Telescope, o EHT, Collaboration, di cui Bouman e Levis sono membri, aveva gia' pubblicato la prima immagine del buco nero supermassiccio al centro di una galassia lontana, chiamata M87, e stava lavorando per fare lo stesso con i dati EHT di Sgr A*.
Pratul Srinivasan, di Google Research, coautore del nuovo lavoro, in quel momento in visita al gruppo del Caltech, aveva contribuito a sviluppare una tecnica, nota come NeRF, o Neural Radiance Fields, che all'epoca iniziava a essere utilizzata dai ricercatori e che da allora ha avuto un enorme impatto sulla grafica computerizzata. NeRF utilizza l'apprendimento profondo per creare una rappresentazione 3D di una scena basata su immagini 2D, fornendo un modo per osservare le scene da diverse angolazioni, anche quando sono disponibili solo viste limitate della scena. Il gruppo di ricercatori si e' chiesto se, basandosi su questi recenti sviluppi nelle rappresentazioni delle reti neurali, fosse possibile ricostruire l'ambiente 3D intorno a un buco nero. Sfruttando la prevedibilita' comportamentale del gas che circonda un buco nero, gli scienziati hanno costruito una versione di NeRF, che fosse in grado di tenere conto del modo in cui il gas si muove intorno ai buchi neri e del modo in cui la luce si piega intorno a oggetti massicci, come i buchi neri. Sotto la guida del co-autore, Andrew Chael, dell'Universita' di Princeton, la squadra di ricerca ha sviluppato un modello al computer per simulare questa curvatura, nota anche come lensing gravitazionale.