Quest’anno il premio Nobel per la Fisica è stato diviso tra Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez per i loro studi sui buchi neri. Il premio va per metà a Penrose, “per la scoperta che la formazione dei buchi neri è una predizione robusta della teoria della relatività generale” e per l’altra metà congiuntamente a Genzel e Ghez, “per la scoperta di un oggetto super-massiccio compatto al centro della nostra galassia” compatibile con la presenza di un buco nero.
Roger Penrose ha dedicato la vita alla Fisica dando contributi significativi negli ambiti della meccanica quantistica in spazi-tempo curvi e della cosmologia, ma non solo. Ha conseguito questo prestigioso premio per i suoi studi fondamentali sui buchi neri e in particolare sulla loro formazione nel contesto della teoria della Relatività Generale di Einstein. Penrose ha dimostrato che nessuna deviazione da particolari simmetrie è in grado di arrestare il collasso gravitazionale di materia il cui esito finale è un buco nero, ovvero una singolarità - racchiusa dall’orizzonte degli eventi, superficie di non ritorno nemmeno per la luce - inaccessibile all’esplorazione da parte di osservatori lontani. Per dimostrare l’inevitabilità del collasso gravitazionale sotto condizioni generiche, e quindi la possibile formazione di buchi neri reali nell’universo, Penrose ha inventato una nuova matematica: i diagrammi di Penrose, oggi strumento indispensabile per studiare la struttura dello spazio-tempo attorno a buchi neri.
Nato nel 1931, Penrose è originario di Colchester, nel Regno Unito. Ha conseguito il Ph.D. nel 1957 presso l’Università di Cambridge e attualmente è professore emerito dell’Università di Oxford.
Reinhard Genzel e Andrea Ghez sono a capo di due gruppi di ricerca indipendenti dedicati all’osservazione, con i più grandi telescopi al mondo, dei cosiddetti “massive dark objects”, oggetti oscuri massicci al centro delle galassie. A partire dagli anni ’90, Genzel e Ghez si sono concentrati sullo studio della regione al centro della nostra galassia, la Via Lattea, dove è presente una debole sorgente radio, Sagittarius A*. Il centro galattico è un luogo ricco di stelle, nubi e polveri oscuranti. Tracciare il moto delle stelle più vicine a Sagittarius A* per scoprirne la sua natura, richiede osservazioni in infrarosso ad altissima risoluzione spaziale. Per ridurre la turbolenza atmosferica, Genzel e Ghez hanno applicato fra le più avanzate tecniche di ottica adattiva alla ricerca di stelle trascinate nel loro moto dall’oggetto supermassiccio localizzato da Genzel e Ghez entro due milliarcosecondi da Sagittarius A*. Fra le molteplici scoperte, la stella denominata S2, ha permesso non solo di misurare la massa dell’oggetto oscuro, pari a quattro milioni di masse solari, ma, ragione del premio, di stabilirne la compattezza ponendo un limite inferiore alla sua densità: cinque milioni di miliardi di masse solari confinate all’interno di un volume di raggio pari a tre anni luce. Nessun sistema di stelle oscure può rimanere in equilibrio dinamico a tali densità, né tale sistema può spiegare le caratteristiche dell’orbita ellittica di S2, caratteristiche compatibili soltanto con la presenza di un buco nero supermassiccio.
Reinhard Genzel è nato nel 1952 a Bad Homburg vor der Höhe, in Germania, e ha conseguito il Ph.D. nel 1978 all’Università di Bonn. È attualmente direttore del Max-Planck-Institut per la fisica extraterrestre a Garching, in Germania e professore all’Università della California a Berkeley.
Andrea Ghez è nata nel 1965 a New York. Ha conseguito il dottorato di ricerca nel 1992 presso il California Institute of Technology di Pasadena e attualmente è professoressa presso l’Università della California a Los Angeles. È la quarta donna nella storia a ricevere un Nobel per la Fisica. Sue illustri predecessore sono state Marie Curie nel 1903 (per le ricerche sui fenomeni radioattivi), Maria Goeppert-Mayer nel 1963 (per aver proposto il modello a guscio - shell - del nucleo atomico) e Donna Strickland nel 2018 (per invenzioni rivoluzionarie nel campo della fisica dei laser).
Dopo più di cinquant’anni dalla svolta concettuale di Roger Penrose, la straordinaria scoperta del sistema stellare nel centro della Via Lattea e in particolare della stella S2 da parte di Reinhard Genzel e Andrea Ghez, insieme alla prima immagine del centro di M87 scattata dall’Event Horizon Telescope, e la scoperta di GW150914, la prima sorgente di onde gravitazionali da parte di LIGO/Virgo, tutte convergono nel dimostrare la compatibilità di queste sorgenti cosmiche con l’esistenza di buchi neri nell’universo.
(Nella foto: stelle con la loro traiettoria. These image was created by Prof. Andrea Ghez and her research team at UCLA and is from data sets obtained with the W. M. Keck Telescopes. References and Credit: UCLA Galactic Center Group - W.M. Keck Observatory Laser Team)