Gli oggetti più incredibili e spaventosi dell’universo, i buchi neri sono tra gli oggetti più estremi nell’intero universo ma la loro origine è ancora per molti aspetti un mistero.
i buchi neri non sono propriamente dei “buchi”, ma una regione dello spazio che, grazie ad una potentissima attrazione gravitazionale inghiottiscono qualsiasi cosa: materia, stelle, persino la luce. È questo il motivo per cui ci appaiono come immense masse nere.
Nella maggior parte dei casi sono il prodotto del collasso di stelle più massicce del Sole, al termine del loro ciclo di vita: tutta la loro massa collassa fino a essere racchiusa in un punto di dimensioni quasi nulle ma di densità infinita. Sono i fenomeni più strani del nostro universo, e continuano ad affascinare scienziati e profani.
I buchi neri non sono tutti uguali, ma vengono distinti in base alle dimensioni. Qualche esempio:
Buchi neri stellari: hanno massa di qualche decina di volte più grande del Sole. Di solito si formano quando una grossa stella “in fin di vita” esplode generando una supernova. Dopo la colossale esplosione, al centro resta un buco nero.
Buchi neri giganti (o supermassicci) al centro delle galassie: ne sono un esempio Sagittarius A*, al centro della Via Lattea e M87, il buco nero “immortalato da EHT.
Buchi neri intermedi: presentano masse 30-60 volte quelle del Sole e sono stati scoperti recentemente dagli osservatori di onde gravitazionali, anche se la loro origine non è ancora chiara.
Un buco nero si caratterizza per due elementi: la singolarità centrale, un punto dove lo spazio-tempo smette di avere senso; e un orizzonte degli eventi, che circonda la singolarità.
Si chiama così perché rappresenta l’orizzonte oltre il quale può essere osservato un fenomeno: un astronauta al di fuori di questo limite non potrebbe mai vedere cosa succede a un suo collega che andasse a finire dall’altra parte. E questo perché, dentro l’orizzonte degli eventi, la gravità è tale che nemmeno la luce può uscirne.
Però, l’astronauta che vi cadesse dentro potrebbe sperimentare un fenomeno particolare se non venisse subito distrutto dalle forze di marea. Cadendo man mano verso la singolarità, lo spazio-tempo si dilaterebbe fino a valori infiniti. Lo sventurato astronauta vedrebbe in pochi istanti la storia futura di tutto il cosmo, fino al suo ultimo lamento.
C’è un Buco nero al centro di ogni galassia
Un buco nero enorme si trova al centro della nostra galassia. Attraverso lo studio dei moti delle stelle che gravitano intorno al centro, gli scienziati sono riusciti a stimarne le dimensioni: se la singolarità centrale si trovasse al posto del nostro Sole, il suo orizzonte degli eventi si estenderebbe fino all’orbita di Urano.
Tra miliardi e miliardi di anni, tutta la materia della Via Lattea finirà inghiottita dal buco nero centrale. Sappiamo che anche la galassia di Andromeda ha un simile buco nero supermassiccio al suo centro, e sospettiamo che tutte le galassie ne abbiano uno.
Se potessimo tagliare una ipotetica fetta, come di una torta, ma di oggetto estremo come i buchi neri, di cosa sarebbe fatta? Come sono all’interno questi oggetti straordinari?
Un buco nero è una regione dello spazio in cui il campo gravitazionale è così forte che qualsiasi cosa giunga nelle vicinanze viene attratta e catturata, senza possibilità di sfuggire all’esterno. In teoria si può paragonare un buco nero ad una Stella, caratterizzata da una massa dieci volte superiore a quella del Sole, che si contrae, aumenta la sua densità e crolla sotto il proprio peso concentrando la propria massa in un unico punto detto, appunto, buco nero.
Il termine “buco nero” è dovuto al fisico John Archibald Wheeler, in precedenza si parlava di dark star o black star.
Il termine dark star venne inventato da John Michell, che in uno scambio epistolare con Henry Cavendish teorizzò l’esistenza di corpi celesti dotati di una velocità di fuga superiore a quella della luce. Sembra una cosa da poco nevvero? Pensate però che quelle lettere risalgono al 1783.
Agli inizi del secolo scorso Albert Einstein formula la teoria della Relatività , che va ad affiancare quella della Gravità di Isaac Newton.
La Relatività generale ipotizza che un oggetto sufficientemente grande, come una stella massiccia, può collassare su se stesso fino a concentrarsi in un punto a densità infinita.
Quel punto è chiamato Singolarità.
La singolarità deforma così pesantemente lo spazio attorno a sé che neppure la luce può uscirne, creando un Buco Nero.
Il confine tra l’esterno e l’interno del buco nero viene chiamato Orizzonte degli Eventi.
L’idea dei buchi neri ha quasi un secolo, ma la comprensione di cosa realmente sono e come si comportano è un mistero ancora oggi, suscitando aspre battaglie tra i diversi cosmologi e fisici sulla teoria corretta da applicare a questi oggetti.
Negli ultimi anni, grazie al miglioramento delle strumentazioni e delle simulazioni, la nostra conoscenza è enormemente aumentata, fino a ipotizzare la possibilità di un viaggio nel tempo o nello spazio.
Probabilmente occorreranno ancora molti anni per svelare tutti i segreti e misteri delle Singolarità.
L’azione del buco nero presente nel sistema binario è quella di “strappare” il gas presente all’esterno della stella, attrarlo verso di sé dando origine ad un vero e proprio disco che ruota intorno al proprio asse. A questo punto, i gas “strappati” raggiungono temperature elevatissime ed emettono raggi X, permettendo la “rivelazione” del buco nero.
Alcuni astrofisici sostengono che almeno un buco nero si trovi al centro di ogni galassia o al centro dei quasar, dei corpi celesti molto distanti dalla Terra costituiti da ammassi di stelle e considerati delle sorgenti di radiazioni molto intense.
Prima ancora di trovarne evidenze osservative, l’esistenza dei buchi neri era stata prevista in maniera del tutto teorica, venendo fuori da una soluzione delle equazioni di campo di Einstein in Relatività Generale. In realtà, già verso la fine del XVIII secolo gli scienziati John Michell e Pierre-Simon de Laplace avevano proposto l’esistenza di “stelle oscure” in cui la velocità di fuga fosse superiore a quella della luce.
Molti sono abituati a pensare ai buchi neri come una sorta di pozzi senza fondo, descrivibili tramite un solo parametro significativo, ovvero la loro massa, e in cui qualunque informazione vi precipiti viene perduta per sempre.
In realtà le cose non stanno esattamente così. Dalla “semplice” soluzione di Schwarzschild, infatti, si è passati col tempo a ottenere soluzioni più complesse per le equazioni di Einstein, e si è così arrivati a capire che i buchi neri possono essere caratterizzati, oltre che dalla loro massa, anche dalla carica elettrica e dal momento angolare.
Questo significa che, teoricamente, i buchi neri sono oggetti ruotanti e dotati di un campo elettromagnetico e pertanto tutta l’informazione che è possibile ottenere sta in questi tre parametri. Da qui la famosa espressione “i buchi neri non hanno i capelli“, dove per capelli si intende appunto qualsiasi tipo di informazione fisica che non sia ascrivibile alle tre quantità suddette.
Un altro aspetto estremamente interessante a proposito dei buchi neri è il ruolo che essi svolgerebbero nell’economia globale di una galassia, in riferimento ovviamente ai black hole supermassicci che si trovano nel nucleo centrale.
È un fatto ormai acclarato che questi mostri da milioni di volte la massa del Sole siano in grado di inghiottire intere stelle, anche a causa delle elevatissime densità stellari presenti nei bulge delle galassie.
A volte però può accadere che una stella si trovi a passare molto vicino all’orizzonte degli eventi, senza tuttavia attraversarlo del tutto. In questo caso, i fortissimi effetti mareali causati dalla forza di attrazione gravitazionale del buco nero possono deformare la stella e “stirarla” in direzione dell’orizzonte degli eventi (chi ha detto spaghettificazione?), generando quella che viene definita come “supernova accidentale”.
Esistono, infatti, tipi di Buchi Neri che ammetterebbero l’esistenza di singolarità (cioè il luogo dove la gravità diventa estrema) non nascoste da alcun orizzonte e quindi ben visibili, dette singolarità nude.
A questo punto però sorgono delle difficoltà concettuali con cui i fisici fanno a cazzotti da decenni. Se infatti potessi vedere la singolarità, allora potrei descrivere cosa succede in quel determinato punto.
Tuttavia, allo stesso tempo, starei descrivendo la singolarità con una teoria che non me lo consentirebbe (ve l’avevo detto di prendere un’aspirina). In pratica, è come se in spiaggia decideste di descrivere un atomo di idrogeno con secchiello e paletta.
Potete provarci, ma non garantisco sul risultato. Per risolvere questo problema, i fisici hanno deciso che l’universo in qualche modo, tramite la cosiddetta congettura di censura cosmica, impedisca la formazione delle singolarità nude. Ovviamente nessuno ha ancora una risposta….
Un buco nero si può formare in tre modi
La formazione più famosa è quella della supernova, una stella -con massa almeno tripla rispetto a quella del Sole- che alla fine della sua vita espelle violentemente i suoi strati più esterni per poi collassare su se stessa fino a diventare un buco nero.
Si possono formare anche da un sistema binario nel quale una stella di neutroni può rubare massa alla sua vicina fino a superare la massa critica -o massa di Chandrasekhar– e collassare. Alcuni indizi suggeriscono che questo meccanismo di formazione sia più frequente di quello “diretto” della stella morente.
Oppure se un oggetto viene sottoposto ad una forza sufficientemente grande esso potrebbe ridursi oltre il suo raggio di Schwarzschild.
Le condizioni necessarie potrebbero essersi verificate nel primo periodo di vita dell’universo, quando la sua densità media era ancora molto alta, a causa di variazioni di densità o di onde di pressione.
Stella nera
Una stella nera è un ipotetico tipo di stella, simile per molti aspetti a un buco nero, la cui esistenza è stata ipotizzata recentemente da alcuni scienziati (Carlos Barcelò, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego e Matt Visser) i quali hanno messo in dubbio l’esistenza dei buchi neri.
Ora secondo i succitati scienziati i corpi celesti identificati come buchi neri dagli astronomi tramite osservazione indiretta non sarebbero buchi neri ma un altro tipo di stella, una “stella nera”. Infatti alcuni effetti quantistici potrebbero arrestare la formazione di un buco nero e generare invece una stella nera priva di orizzonte degli eventi. Le stelle nere sarebbero tuttavia abbastanza dense da provocare molti degli effetti associati ai buchi neri.
Tunnel spazio temporali
È l’idea cara alla fantascienza che sia possibile, qualora si riuscisse a evitare la disintegrazione (o “spaghettificazione”) all’interno del buco nero, utilizzare le singolarità al loro centro come scorciatoie spaziotemporali.
Entrando in un buco nero in un punto preciso dell’universo, potremo uscire da un altro buco nero da tutt’altra parte. In realtà si tratta di una teoria che non convince molto i fisici, anche se c’è chi ha suggerito che civiltà extraterrestri estremamente più evolute di noi potrebbero riuscire (o essere già riuscite) a produrre artificialmente buchi neri di questo tipo, stabili abbastanza da permette di sfruttarli come tunnel spaziotemporali.
Classificazione dei buchi neri
I buchi neri vengono classificati in base alla loro massa M, indipendentemente dal loro momento angolare Q o dalla loro carica elettrica J. Esistono fondamentalmente quattro categorie di buchi neri:
- Buchi neri supermassicci
- Buchi neri di massa intermedia
- Buchi neri stellari
- micro buchi neri
Ci sono tantissimi buchi neri nell’Universo e alcuni sono anche “vicini” in termini astronomici al nostro pianeta.
In base al numero di stelle nella Via Lattea, dovrebbero essercene decine di milioni là fuori.
Il problema è che, a meno che non siano vicini a un’altra stella, possono essere difficili da rilevare.
In questi sistemi binari, un buco nero può rubare materiale dalla sua stella compagna, generando luce a raggi X nel processo, un segno – quasi – inequivocabile della loro presenza.
Non sono tutti distanti miliardi di anni luce dalla Terra, un fatto sicuramente suggestivo, ma niente paura: sono davvero troppo lontani per poterci minimamente mettere in pericolo.
HR 6819 il buco nero più vicino alla Terra
Gli astronomi hanno recentemente identificato il buco nero più vicino alla Terra mai osservato prima. Il mostro cosmico è stato trovato solo ora poiché è molto piccolo e molto tranquillo. Tuttavia, qualcosa ha ingannato la sua “mimetizzazione”. Il buco nero si trova in un sistema a tripla stella, con due stelle visibili dalla Terra a occhio nudo.
Cygnus X-1
Uno dei buchi neri conosciuti più vicini alla Terra, che si trova nel sistema Cygnus X-1.
Il buco nero si rivelò agli astronomi mentre rubava materiale dalla stella supergigante blu HDE 226868. Gli scienziati sospettano che Cygnus X-1 abbia avuto origine da una stella grande 40 volte la massa del Sole. Probabilmente, al momento della sua fine, l’astro crollò direttamente formando un buco nero – circa 5 milioni di anni fa -, circa nello stesso periodo in cui i primi mammut compaiono nei reperti fossili sulla Terra.
Si trova a ben 6.000 anni luce di distanza da noi ed è 14.8 volte la massa del nostro Sole.
Continua a leggere e informarti sui buchi neri o black holes
Orizzonte degli eventi
https://it.wikipedia.org/wiki/Orizzonte_degli_eventi
QUALI SONO I BUCHI NERI PIÙ VICINI ALLA TERRA?
https://tech.everyeye.it/articoli/speciale-quali-buchi-neri-vicini-terra-49785.html
https://leganerd.com/2011/04/17/curiosita-spaziali-buchi-neri/
https://www.studenti.it/buchi-neri-cosa-sono-come-si-formano.html
https://scienze.fanpage.it/buchi-neri-7-cose-che-dovete-sapere/
http://www.barscienza.it/le-cinque-curiosita-che-non-vorreste-sapere-sui-buchi-neri/