All'inizio di quest'anno, gli astronomi si sono imbattuti in una scoperta affascinante: migliaia di buchi neri probabilmente esistono vicino al centro della nostra galassia.
Le immagini radiografiche che hanno permesso questa scoperta non provenivano da un nuovo telescopio all'avanguardia. Né sono stati presi di recente, alcuni dei dati sono stati raccolti quasi 20 anni fa.
No, i ricercatori hanno scoperto i buchi neri scavando attraverso vecchi dati archiviati a lungo.
Scoperte come questa diventeranno solo più comuni, poiché l'era dei "big data" cambia il modo in cui viene fatta la scienza. Gli astronomi raccolgono ogni giorno una quantità esponenzialmente maggiore di dati, al punto che ci vorranno anni per scoprire tutti i segnali nascosti sepolti negli archivi.
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Sessant'anni fa, l'astronomo tipico lavorava in gran parte da solo o in un piccolo gruppo. Probabilmente avevano accesso a un telescopio ottico terrestre rispettabilmente grande presso il loro istituto di origine.
Le loro osservazioni erano in gran parte limitate alle lunghezze d'onda ottiche, più o meno ciò che l'occhio può vedere. Ciò significava che mancavano i segnali provenienti da una moltitudine di fonti astrofisiche, che possono emettere radiazioni non visibili dalla radio a bassissima frequenza fino ai raggi gamma ad alta energia. Per la maggior parte, se volevi fare astronomia, dovevi essere un accademico o un eccentrico ricco con accesso a un buon telescopio.
I vecchi dati venivano archiviati sotto forma di lastre fotografiche o cataloghi pubblicati. Ma accedere agli archivi da altri osservatori potrebbe essere difficile, ed era praticamente impossibile per gli astronomi dilettanti.
Oggi ci sono osservatori che coprono l'intero spettro elettromagnetico. Non più gestiti da singole istituzioni, questi osservatori all'avanguardia sono di solito lanciati da agenzie spaziali e sono spesso sforzi congiunti che coinvolgono molti paesi.
Con l'avvento dell'era digitale, quasi tutti i dati sono disponibili al pubblico poco dopo essere stati ottenuti. Questo rende l'astronomia molto democratica: chiunque voglia può rianalizzare quasi tutti i set di dati che fanno notizia. (Anche tu puoi guardare i dati di Chandra che hanno portato alla scoperta di migliaia di buchi neri!)
The Hubble Space Telescope (NASA) Questi osservatori generano una quantità sbalorditiva di dati. Ad esempio, il telescopio spaziale Hubble, attivo dal 1990, ha fatto oltre 1, 3 milioni di osservazioni e trasmette ogni settimana circa 20 GB di dati grezzi, il che è impressionante per un telescopio progettato per la prima volta negli anni '70. L'array Atacama Large Millimeter in Cile ora prevede di aggiungere ogni giorno 2 TB di dati ai suoi archivi.
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Gli archivi di dati astronomici sono già straordinariamente grandi. Ma le cose stanno per esplodere.
Ogni generazione di osservatori è in genere almeno 10 volte più sensibile della precedente, a causa della tecnologia migliorata o perché la missione è semplicemente più ampia. A seconda della durata di una nuova missione, è in grado di rilevare centinaia di volte più fonti astronomiche rispetto alle precedenti missioni a quella lunghezza d'onda.
Ad esempio, confronta il primo osservatorio di raggi gamma EGRET, che volò negli anni '90, con la missione faro della NASA Fermi, che compie 10 anni quest'anno. EGRET ha rilevato solo circa 190 sorgenti di raggi gamma nel cielo. Fermi ha visto oltre 5.000.
Il Large Synoptic Survey Telescope, un telescopio ottico attualmente in costruzione in Cile, immaginerà l'intero cielo ogni poche notti. Sarà così sensibile che genererà 10 milioni di avvisi a notte su fonti nuove o transitorie, portando a un catalogo di oltre 15 petabyte dopo 10 anni.
La Square Kilometer Array, una volta completata nel 2020, sarà il telescopio più sensibile al mondo, in grado di rilevare stazioni radar aeroportuali di civiltà aliene fino a 50 anni luce di distanza. In un solo anno di attività, genererà più dati dell'intera Internet.
Questi ambiziosi progetti metteranno alla prova la capacità degli scienziati di gestire i dati. Le immagini dovranno essere elaborate automaticamente, il che significa che i dati dovranno essere ridotti a dimensioni gestibili o trasformati in un prodotto finito. I nuovi osservatori stanno spingendo l'involucro della potenza computazionale, richiedendo strutture in grado di elaborare centinaia di terabyte al giorno.
Gli archivi risultanti, tutti consultabili pubblicamente, conterranno 1 milione di volte più informazioni di ciò che può essere archiviato sul tipico disco di backup da 1 TB.
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Il diluvio di dati renderà l'astronomia una scienza più collaborativa e aperta che mai. Grazie agli archivi Internet, alle solide comunità di apprendimento e alle nuove iniziative di sensibilizzazione, i cittadini possono ora partecipare alla scienza. Ad esempio, con il programma per computer, chiunque può utilizzare il tempo di inattività del proprio computer per aiutare a cercare le onde gravitazionali che si scontrano con i buchi neri.
È un momento emozionante anche per gli scienziati. Gli astronomi come me spesso studiano fenomeni fisici su scale temporali così selvaggiamente oltre la tipica vita umana che osservarli in tempo reale non accadrà. Eventi come una tipica fusione di galassie — che è esattamente quello che sembra — possono richiedere centinaia di milioni di anni. Tutto ciò che possiamo catturare è un'istantanea, come un singolo fotogramma da un video di un incidente d'auto.
Tuttavia, ci sono alcuni fenomeni che si verificano su scale temporali più brevi, impiegando solo pochi decenni, anni o addirittura secondi. È così che gli scienziati hanno scoperto quelle migliaia di buchi neri nel nuovo studio. È anche il modo in cui si sono recentemente resi conto che l'emissione di raggi X dal centro di una galassia nana vicina si sta affievolendo da quando è stata rilevata per la prima volta negli anni '90. Queste nuove scoperte suggeriscono che ne saranno trovate altre nei dati d'archivio che durano decenni.
Un getto di gas caldo alimentato da un buco nero nella gigantesca galassia ellittica M87. (NASA, ESA, E. Meyer, W. Sparks, J. Biretta, J. Anderson, ST Sohn e R. van der Marel (STScI), C. Norman (Johns Hopkins University) e M. Nakamura (Academia Sinica )) Nel mio lavoro, utilizzo gli archivi Hubble per realizzare filmati di "getti", plasma ad alta velocità espulso in raggi da buchi neri. Ho usato oltre 400 immagini grezze per 13 anni per realizzare un filmato sul jet nella vicina galassia M87. Quel film ha mostrato, per la prima volta, i movimenti contorti del plasma, suggerendo che il getto ha una struttura elicoidale.
Questo tipo di lavoro era possibile solo perché altri osservatori, per altri scopi, erano appena riusciti a catturare immagini della fonte che mi interessava, quando ero all'asilo. Man mano che le immagini astronomiche diventano più grandi, con una risoluzione più elevata e sempre più sensibili, questo tipo di ricerca diventerà la norma.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Eileen Meyer, assistente professore di fisica, Università del Maryland, Contea di Baltimora
