Andrea Ghez nasce a New York City il 16 giugno 1965

Biografia della rubrica “Vita da genio” a cura di Chiara Oppedisano

Una vera appassionata dell’Universo, una delle massime esperte del centro della nostra Galassia. Premio Nobel in fisica nel 2020, quarta donna a vincerlo nella storia del Nobel, per la scoperta di un buco nero supermassivo proprio al centro della Via Lattea.

Andrea Ghez nasce il 16 giugno 1965 a New York. Da piccolina sognava di diventare una ballerina, ma l’allunaggio di Neil Amstrong e Buzz Aldrin e le imprese spaziali degli anni seguenti lasciarono un segno indelebile nei suoi sogni: Andrea decise che sarebbe diventata un’astrofisica e avrebbe studiato i segreti di quello spazio sconfinato che tanto la affascinavano! Si laureò in fisica al Massachusetts Institute of Technology nel 1987 e conseguì il dottorato di ricerca al California Institute of Technology nel 1992. Dopo un anno di borsa post-doc all’Università dell’Arizona, divenne assistant professor in fisica e astronomia all’Università della California di Los Angeles (UCLA) dove è full professor dal 2000.

A cavallo degli anni ’60 e ’70 il fisico-matematico teorico britannico Roger Penrose, con nuovi ingegnosi metodi matematici, dimostrò che i buchi neri erano una conseguenza diretta della teoria della relatività generale di Einstein. Penrose ne descrisse inoltre le proprietà: al centro del buco nero vi è una “singolarità”, un limite oltre il quale le leggi della fisica non sanno descrivere ciò che avviene. Studi successivi predissero inoltre che questa singolarità sia circondata da una regione, chiamata “orizzonte degli eventi”, oltre la quale nulla può sfuggire all’attrazione gravitazionale del buco nero. Luce inclusa. Insomma, dall’orizzonte degli eventi di un buco nero non vi è ritorno!

Diagramma schematico dell’interno di un buco nero secondo le teorie attuali. (crediti C. Oppedisano per SxT)

Ma come si può “provare” l’esistenza di un buco nero distante circa 25.000 anni luce dalla Terra? Negli anni ’90 due gruppi si misero quasi contemporaneamente al lavoro per cercare di provare questa teoria: il gruppo di Andrea Ghez all’UCLA e il gruppo di Reinhard Genzel al centro di fisica extraterrestre del Max Plank Institute di Garching. Per “rivelare” l’esistenza di un buco nero bisogna osservare quel che accade nelle regioni circostanti. Questo è un obiettivo comunque molto complesso poiché la luce proveniente dalle stelle al centro della nostra galassia è fortemente oscurata dalla polvere spaziale. È inoltre necessario correggere gli effetti di sfocamento (blurring in inglese) provocati dall’atmosfera terrestre. Per ovviare a questo effetto è stato necessario mettere a punto una tecnologia particolare, chiamata speckle imaging, un metodo che attraverso un accurato processamento di centinaia di immagini acquisite con brevi tempi di esposizione, permette di ottimizzare la risoluzione dell’immagine. Inoltre, è cruciale correggere per le dispersioni ottiche dovute ai movimenti turbolenti nell’atmosfera che agisce come uno specchio deformante sulla radiazione che la attraversa. Per questo si utilizza una particolare ottica, detta “adattiva”, che si avvale di un sistema laser per creare delle “stelle artificiali” la cui luce, proiettata nell’atmosfera, viene dispersa e distorta come quella delle stelle osservate, e fornisce quindi le correzioni da apportare alla radiazione osservata delle stelle “vere”. Questi metodi sono stati sfruttati dal gruppo di Genzel che utilizzava il Very Large Telescope in Cile e dal gruppo di Ghez al Keck Telescope delle isole Hawaii.

Creazione di una stella guida artificiale all’ESO Very Large Telescope (VLT) nel deserto di Atacama in Cile. (crediti ESO)

In oltre 25 anni di osservazioni i 2 gruppi di ricercatori sono riusciti a raccogliere l’evidenza sperimentale dell’esistenza di un buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, studiando il moto di diverse centinaia di stelle. Dai balletti di queste stelle intorno al centro della Via Lattea hanno potuto calcolare la massa dell’oggetto che esercita su di esse una forza gravitazionale e il risultato è stato sorprendente: Sagittarius A* è un oggetto con una massa 4,3 milioni di volte quella del Sole confinato in un volume paragonabile a quello del sistema solare!Studiando la radiazione emessa da una delle stelle che orbitano intorno a questo buco nero, chiamata S0-2, gli scienziati hanno potuto verificare una proprietà prevista dalla teoria einsteniana, ovvero che la radiazione emessa dalla stella, in prossimità del buco nero subisce uno spostamento verso lunghezze d’onda maggiori (il cosiddetto redshift) dovuto all’elevata velocità della stella: 25 milioni di chilometri all’ora, circa il 3% della velocità della luce! Ma probabilmente l’osservazione più sorprendente per  Andrea e i suoi colleghi sono stati i bagliori nella regione dell’infrarosso della durata di circa 1 ora, originati più volte durante le osservazioni nelle vicinanze della regione interna di Sagittarius A*, corrispondente all’ultima orbita stabile. Questi brillamenti hanno costituito un ulteriore, forte supporto all’ipotesi del buco nero supermassivo: i brillamenti sono infatti prodotti dal gas che, cadendo nel buco nero, si scalda ed emette radiazione.

Immagine del buco nero supermassivo Sagittarius A*, catturato dall’Event Horizon Telescope, una rete di 8 radio telescopi sulla Terra, cosĩ chiamato poiché si proponeva di studiare l’orizzonte degli eventi del buco nero supermassivo al centro della nostra galassia. Sebbene non possiamo “vedere” l’orizzonte degli eventi poiché non emette luce, vediamo i brillamenti del gas che cade nel buco nero. (crediti ESO)

La lezione all’attribuzione del premio Nobel di Andrea Ghez (premio condiviso con Reinhard Genzel e Roger Penrose) aveva il titolo “Dalla possibilità alla certezza di un buco nero super-massivo”. Andrea, in una delle tante interviste che seguirono l’attribuzione del premio dichiarò: “Per me è sempre stato molto importante ispirare e incoraggiare giovani donne a dedicarsi alle scienze, quindi per me il premio Nobel significa un’opportunità e una responsabilità. Ad ogni passo qualcuno dice sempre no, non puoi fare questa cosa perché sei una ragazza. Io mi sono abituata a ignorare la gente che diceva che non potevo fare qualcosa, mi sono allenata a credere in me stessa. La fisica è un campo di studio che può regalare così tante soddisfazioni e, se si è appassionati di scienza, c’è veramente molto da fare!”. 

Tra le molte cose da fare restano diverse domande sui buchi neri supermassivi e sulla gravità ancora in attesa di risposta!