Come nascono i buchi neri? Quanto pesano? Ma ne abbiamo mai visto uno? E poi perché sono neri? Facciamo un po’ di chiarezza.
Un buco nero è un oggetto astronomico con un’attrazione gravitazionale così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggirgli. La ‘superficie’ di questi corpi celesti, chiamata orizzonte degli eventi, definisce il confine in cui la cosiddetta velocità di fuga supera quella della luce nel vuoto. La materia e la radiazione che vi cade, quindi, non riesce a uscirne. Ma vediamo di capire esattamente cosa sono i buchi neri.
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Quanto pesa un buco nero
Sono state osservate due classi principali di buchi neri: quelli di massa stellare, aventi una massa da tre a decine di volte quella solare, sparsi in tutta la nostra galassia; quelli supermassicci, che pesano da centomila a miliardi di masse solari, invece, si trovano nei centri della maggior parte delle grandi galassie, inclusa la Via Lattea.
Gli astronomi avevano a lungo sospettato una terza classe, ovvero quella dei buchi neri di massa intermedia, con un peso compreso tra cento e più di diecimila masse solari. Mentre una manciata di candidati è stata identificata con prove indirette, l’esempio più convincente fino ad oggi è arrivato il 21 maggio 2019, quando il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) della National Science Foundation, situato a Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington, ha rilevato onde gravitazionali dalla fusione di due buchi neri di massa stellare. Questo evento, soprannominato GW190521, ha prodotto un buco nero con ben centoquarantadue masse solari.
Un buco nero di massa stellare si forma quando una stella con più di venti masse solari esaurisce il combustibile nucleare e collassa sotto il suo stesso peso. Il collasso innesca un’esplosione di supernova che spazza via gli strati esterni della stella. Ma se il nucleo schiacciato contiene più di circa tre volte la massa del Sole, nulla può fermare il suo collasso nel famigerato buco nero.
Come ‘vedere’ un buco nero
Nel 2019, gli astronomi che hanno utilizzato l’Event Horizon Telescope (EHT), una collaborazione internazionale che ha collegato in rete otto radiotelescopi terrestri in modo da formarne uno solo delle dimensioni della Terra, hanno catturato per la prima volta l’immagine di un buco nero. Appare come un cerchio scuro circondato da un disco di materia calda e luminosa. Il buco nero supermassiccio si trova nel cuore di una galassia chiamata M87, situata a circa cinquantacinque milioni di anni luce di distanza, e pesa più di sei miliardi di masse solari.
Un’altra importante scoperta relativa ai buchi neri è avvenuta nel 2015, quando gli scienziati hanno rilevato per la prima volta le onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio-tempo previste un secolo prima dalla teoria della relatività generale del fisico Albert Einstein. LIGO ha rilevato le onde di un evento chiamato GW150914, in cui due buchi neri in orbita sono entrati a spirale l’uno nell’altro e si sono fusi oltre un miliardi di anni fa. Da allora, ne sono state osservate molte altre.
Si tratta di metodi nuovi ed entusiasmanti, ma da decenni gli astronomi studiano i buchi neri attraverso le varie forme di luce che emettono. Sebbene la luce non possa sfuggire all’orizzonte degli eventi di un buco nero, le enormi forze di marea nelle sue vicinanze fanno sì che la materia vicina si riscaldi fino a milioni di gradi ed emetta, per esempio, onde radio e raggi X. Parte del materiale che orbita ancora più vicino all’orizzonte degli eventi, inoltre, può essere scagliato fuori, formando getti di particelle che si muovono vicino alla velocità della luce per centinaia di migliaia di anni luce. Questi a loro volta emettono radio, raggi X e raggi gamma.
Immagine di copertina: Rappresentazione artistica di un buco nero stellare. Crediti: ESA.
Fonte: NASA.
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