Kali Koltz (from Blaine, MN - United States) – Black Hole

Guida ai buchi neri

di Federico Torrielli

I buchi neri sono un argomento attraente, sia nel senso letterale che come argomento di discussione. Tutto di loro è bizzarro ed estremo e ogni giorno si scopre sempre più qualcosa di nuovo, ma anche i fatti più elementari sui buchi neri sono piuttosto incredibili ed è possibile che il lettore non abbia mai avuto un’introduzione ad essi. Quindi oggi torniamo alle origini e parliamo di cosa sono i buchi neri, come si formano e come muoiono.

Che cos’è un buco nero?

Un buco nero è una regione dello spazio in cui l’attrazione gravitazionale è così forte che qualsiasi cosa entri non può più scappare. Ciò include la cosa più veloce nell’universo, ovvero la luce, e poiché la luce non può tornare fuori una volta attraversato quel punto di non ritorno noto come l’orizzonte degli eventi, gli osservatori dall’esterno non possono esattamente “vedere” i buchi neri: sono completamente invisibili.

Come facciamo allora a sapere che esistono, ed avere pure delle foto? Il buco nero stesso potrà pure essere invisibile, ma lo abbiamo trovato a causa dell’effetto che esso ha sulla materia vicina e sul passaggio della luce in prossimità (ma non così vicino da entrarci!). Abbiamo pure individuato la radiazione emessa dalla materia surriscaldata che gli vortica attorno, formando quello che viene chiamato un disco di accrescimento. In pratica, per chi è pratico con il film de “Il signore degli anelli” è la versione naturale dell’occhio di Sauron.

Possiamo anche vedere il lato posteriore dell’accrescimento, che sarebbe nascosto “dietro” all’ombra del buco nero proprio grazie a come la luce interagisce con esso: un fenomeno unico in natura (ovvero, immaginate di guardare una persona in faccia e vedere sia la fronte che il “dietro” della nuca... strano, vero?)

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, i buchi neri deformano lo spazio ed il tempo in questa maniera perché racchiudono un’enorme quantità di massa in uno spazio incredibilmente piccolo all’interno. La massa del buco nero determina quanto è lontano il suo orizzonte degli eventi: questa distanza è detta “il raggio di Schwarzschild”  e cresce all’aumentare della materia che viene “catturata” dalla trazione gravitazionale del buco nero.

Il raggio di Schwarszchild è importante anche per un’altra motivazione: è anche la dimensione minima che un oggetto deve avere prima che la gravità prenda il sopravvento e lo trasformi in un buco nero! Tutto ha un raggio di Schwarszchild: io, la terra ed il sole… Per generare un buco nero dal nostro sole, dovrebbe esser compresso fino alle dimensioni di una sfera con un raggio minore di 3km. Se ciò dovesse accadere improvvisamente in qualche modo, la terra e tutti i pianeti non sarebbero risucchiati e compressi in esso, come mai? Gli oggetti, per essere divorati, dovrebbero essere entro il raggio di  Schwarzschild: fintanto che rimaniamo lontani almeno 3km dal nostro sole-buco-nero, non sarebbe la nostra fine, così come le orbite dei pianeti del nostro sistema solare non sarebbero intaccate. Certamente moriremmo prima per un’altra motivazione, ovvero che scenderebbe una notte eterna ed un gelo mortale in pochissimo tempo.

Come fanno a formarsi i buchi neri?

Dipende ovviamente dal tipo di buco nero di cui stiamo parlando.

La maggior parte delle volte essi si formano quando una stella grande almeno venti volte il nostro sole diventa una supernova, lasciandosi dietro un cuore che collassa entro il raggio di Schwarszchild sotto il suo peso.

Possiamo trovare buchi neri supermassivi (o supermassicci) che variano dalle 100,000 ai miliardi di masse solari al centro di moltissime galassie, come la nostra: la famosissima foto del recente buco nero è infatti al centro della galassia Messier 87.

Ovviamente c’è un enorme divario di dimensioni tra una massa stellare e quella di buchi neri supermassicci, quindi gli scienziati hanno predetto a lungo l’esistenza di buchi neri di dimensioni intermedie e finalmente stiamo riuscendo a “fotografarne” qualcuno (sottinteso che sia più difficile trovare un buco nero piccolino piuttosto che uno miliardi di volte più grande).

Esiste anche la possibilità che buchi neri più piccoli di una massa stellare si siano generati nella gioventù del nostro universo: qualche scienziato suggerisce addirittura l’esistenza di buchi neri “super-minuscoli”, in scala subatomica, che potrebbero essere ricreati andando a far collidere particelle in un acceleratore. Non abbiamo ancora nessuna prova della loro esistenza, ma se ne creassimo uno, nessuno se ne accorgerebbe neanche: morirebbe ancor prima di poterlo misurare.

Come muore un buco nero?

I buchi neri possono morire per un fenomeno assurdo: il decadimento per radiazione di Hawking. Una spiegazione semplificata potrebbe essere la seguente: delle particelle di materia ed antimateria si generano costantemente nell’universo, ma per la proprietà dell’antimateria vanno ad eliminarsi a vicenda, tenendo in equilibrio il nostro universo, se però una coppia di particelle va a formarsi “a cavallo” dell’orizzonte degli eventi, una riuscirà a scappare, mentre l’altra verrà intrappolata al suo interno. Piano piano, il buco nero “evaporerà”, una particella alla volta.

Stephen Hawking, fisico leggendario, ha predetto l’esistenza di questa radiazione e ha anche mostrato che più è piccolo il buco nero, più velocemente decadrà.

Questo vuol dire che un buco nero microscopico fatto dalla collisione di due particelle avrebbe una durata di vita di circa 1*10^(-27) secondi, troppo piccola per raggiungere dimensioni pericolose.

Questo è un gran sollievo, vero? Sì e no. Ciò significa anche che un buco nero supermassivo avrà una vita molto maggiore all’età attuale dell’universo! Tuttavia difficilmente l’umanità ne incontrerà uno pericoloso e abbastanza vicino da esserne influenzata ...