4.10 Ingegneria delle evidenze: come testare, quali tracce osservare e che cosa prevediamo

Indice ／ Capitolo 4: Buchi neri

In questa sezione traduciamo l’idea della «stratigrafia materiale» esposta nelle sezioni 4.1–4.9 in prove praticabili. La prima parte progetta esperimenti di verifica; la seconda presenta previsioni falsificabili. Al termine saprai in quali bande osservare, con quali strumenti e quali grandezze misurare per confermare — o smentire — la banda critica dinamica, la zona di transizione e le tre vie di fuga.

I. Tabella di marcia per la verifica: tre assi principali e due di supporto

• Piano d’immagine (VLBI mm/sub-mm): seguire la stabilità geometrica e le sottili «respirazioni» dell’anello principale, dei sotto-anelli e dei settori a lunga permanenza.
• Polarizzazione (serie temporali per pixel): misurare grado e angolo nel tempo; verificare se torsioni graduali e inversioni strette co-localizzano con la geometria di brillanza lungo l’anello.
• Timing (multibanda de-disperso): cercare gradini comuni e inviluppi di eco e controllare la coincidenza con immagine e polarizzazione.
• Spettro e dinamica (supporto): osservare l’altalena tra componenti dure e morbide, l’intensità di riflessione e assorbimento, lo spostamento verso l’esterno dei nodi e il «core shift».
• Multi-messaggero (supporto): cercare coincidenze spazio-temporali con neutrini energetici e candidate a raggi cosmici di energia ultra-elevata; verificare la coerenza del bilancio energetico con onde gravitazionali di fusione.

Quando possibile, allineiamo le cinque linee nella stessa finestra di evento. Regola di decisione: nessuna linea vale da sola; ne servono almeno tre concordi.

II. Test 1: la banda critica dinamica esiste davvero?

Cosa osservare: diametro quasi costante con spessore che dipende dall’azimut; famiglia di sotto-anelli — più deboli e stretti all’interno dell’anello principale, riproducibili notte dopo notte —; e respirazione — piccole ma sistematiche variazioni in fase di spessore e luminosità durante eventi forti.

Perché può falsificare: se l’anello si comporta come una linea geometrica perfetta, senza sotto-strutture accumulate né avanzamenti/arretramenti legati agli eventi, la presunta «pelle che respira» non c’è. Viceversa, anello principale stabile + sotto-anelli riproducibili + respirazione a bassa ampiezza = prova diretta di una superficie non liscia.

Configurazione minima: VLBI ad alta frequenza (ad esempio 230 e 345 GHz simultanei) con imaging dinamico; sottrarre un modello di anello e cercare sotto-anelli stabili nei residui; misurare la covariazione spessore-brillanza prima/dopo eventi forti.

III. Test 2: la zona di transizione funziona come uno «strato-pistone»?

Cosa osservare: dopo eventi forti, gradini comuni che salgono quasi in sincrono una volta de-dispersi; quindi un inviluppo di eco con picchi secondari in calo e intervalli in aumento; e co-finestra in immagine e polarizzazione — settori brillanti potenziati e inversioni a banda più attive.

Perché può falsificare: se i gradini si separano rigidamente secondo la dispersione, oppure se ampiezze e intervalli degli echi non evolvono in modo coerente e non si vedono variazioni co-finestra in immagine/polarizzazione, è più plausibile un effetto di mezzo distante o strumentale. Il nostro quadro richiede sincronia geometrica quando si preme la soglia e rilascio a stadi in stile pistone: entrambi devono apparire.

Configurazione minima: fotometria ad alta cadenza dalla radio ai raggi X su un asse temporale de-disperso unificato; sezioni sincrone di immagine e polarizzazione per testare la triade gradino – settore brillante – inversione a banda.

IV. Test 3: impronte distintive delle tre vie di fuga

1. Pori effimeri (perdita lenta)
   • Immagine: incremento lieve del brillio, locale o globale; sotto-anelli interni più definiti per brevi istanti.
   • Polarizzazione: lieve calo del grado nella zona accesa; l’angolo continua a torcersi dolcemente.
   • Tempo: piccoli gradini comuni e eco debole e lento.
   • Spettro: crescita delle componenti morbide/spesse, senza picchi duri.
   • Multi-messaggero: neutrini non attesi.
     Regola: concordanza di quattro linee ⇒ dominio dei pori.
2. Perforazione assiale (getto)
   • Immagine: getto collimato con nodi in moto verso l’esterno; contro-getto debole.
   • Polarizzazione: grado alto; angolo stabile a tratti; gradienti trasversi di rotazione di Faraday.
   • Tempo: lampi rapidi e duri; piccoli gradini che si propagano lungo il getto.
   • Spettro: legge di potenza non termica con coda ad alta energia rafforzata.
   • Multi-messaggero: possibile coincidenza con neutrini.
     Regola: maggioranza su cinque linee ⇒ dominio della perforazione.
3. Sotto-criticità a bande sul bordo (re-processing e flusso ampio)
   • Immagine: schiarimenti a bande lungo il bordo dell’anello; outflow a grande angolo e bagliore diffuso.
   • Polarizzazione: grado medio; variazioni segmentate dell’angolo entro le bande; inversioni adiacenti.
   • Tempo: salita e discesa lente con ritardi dipendenti dal colore.
   • Spettro: riflessione e assorbimento blu rafforzati; spettri più «spessi» in IR e sub-mm.
   • Multi-messaggero: evidenza principalmente elettromagnetica.
     Regola: concordanza di quattro linee ⇒ dominio delle bande di bordo.

V. Verifica incrociata di scala: «piccolo veloce, grande stabile» è universale?

Cosa osservare: lampeggi minuto-ora e perforazione di getto facilitata nelle sorgenti di bassa massa; ondulazioni giorno-mese e bande di bordo longeve nelle sorgenti massicce.

Come fare: applicare la stessa metodologia a microquasar e a buchi neri supermassicci. Se scale temporali e ripartizione del flusso si spostano in modo sistematico con la massa, i parametri della «stratigrafia materiale» sono all’opera.

VI. Elenco di confutazione: basta un punto per invalidare gran parte del quadro

• In campagne lunghe e di alta qualità, l’anello principale resta una linea perfetta, senza sotto-anelli né respirazione.
• Dopo la de-dispersione, i gradini inter-banda non sono co-finestra e non si correlano con immagine/polarizzazione.
• Durante eruzioni di getto dure, non emerge alcuna attività co-localizzata vicino al nucleo nell’anello o nei settori brillanti e non compaiono firme di polarizzazione assiale.
• Schiarimenti a bande di bordo non coincidono mai con un aumento della riflessione o con tracce di venti di disco.
• Nessuna differenza sistematica di scale temporali e ripartizione del flusso tra sorgenti leggere e massicce.

VII. Previsioni: dieci fenomeni che la prossima generazione dovrebbe vedere

• Famiglie di sotto-anelli: due o tre anelli interni stabili, più sottili e tenui, risolti a frequenze più alte e basi più lunghe; gli ordini superiori si accendono più facilmente dopo eventi forti.
• «Fase d’impronta» dei settori brillanti: preferenza statistica di azimut tra settori longevi e bande di inversione di polarizzazione; dopo eventi forti, lo sfasamento si riordina rapidamente e torna al valore preferito.
• Gradini davvero «senza dispersione»: salti quasi simultanei persistono dal millimetrico all’infrarosso e ai raggi X dopo la de-dispersione, con cambi sincroni nella larghezza dell’anello e nelle bande di polarizzazione.
• Risonanza «respirazione–gradino»: covariazione lineare tra piccole dilatazioni dello spessore dell’anello e l’altezza dei gradini comuni; correlazione più alta quanto più forte è l’evento.
• Sequenza di innesco della perforazione: lampi duri del getto precedono o coincidono con un breve aumento dei settori prossimi al nucleo; seguono nodi mobili e core shift.
• «Spettro fumoso» delle bande di bordo: quando dominano le bande, l’addensamento IR/sub-mm precede i raggi X duri; riflessione e assorbimento blu si rafforzano in giorni-settimane.
• Transizione «pori → perforazione»: vicino all’asse di spin, più eventi co-localizzati di poro evolvono verso un getto stabile in giorni-settimane, con aumento complessivo del grado di polarizzazione.
• Scala vs. scala temporale: pattern gradino–eco su minuti più comuni nei microquasar; su giorni-settimane nei supermassicci, con crescita più lenta dell’intervallo fra picchi di eco.
• Coincidenza di neutrini: eventi di neutrini di energia media più probabili durante perforazioni forti e in fase con picchi γ duri.
• Co-localizzazione «inversione a banda – vento di disco»: quando la banda di inversione scorre lungo il bordo, la profondità dell’assorbimento del vento di disco nei raggi X varia all’unisono e la rotazione dell’angolo di posizione mostra una fase ripetibile.

Ogni punto è verificabile in modo indipendente. La confutazione sistematica di uno solo impone di rivedere il meccanismo alla base del quadro.