Tra gli oggetti più misteriosi dell’Universo, i Buchi Neri da anni sfidano la nostra comprensione della fisica e della cosmologia. Ecco le risposte alle dieci domande più comuni su questi incredibili corpi celesti.

Un buco nero è un corpo celeste così denso da cui neppure la luce può sfuggire. Sebbene i buchi neri siano misteriosi ed esotici, sono anche una conseguenza chiave di come funziona la gravità: quando molta massa viene compressa in uno spazio abbastanza piccolo, l’oggetto risultante strappa il tessuto stesso dello spazio e del tempo, diventando ciò che viene chiamato una singolarità. La gravità di un buco nero è così potente che sarà in grado di attirare materiale vicino e “mangiarlo”.

Ecco le risposte a dieci curiosità che potresti avere riguardo i buchi neri:

1. Come possiamo conoscere i buchi neri se intrappolano la luce e non possono essere effettivamente visti?

Nessuna luce di alcun tipo, inclusi i raggi X, può sfuggire dall’interno dell’orizzonte degli eventi di un buco nero, la regione oltre la quale non c’è ritorno. I telescopi che studiano i buchi neri osservano però le zone circostanti i buchi neri, dove si trova il materiale molto vicino all’orizzonte degli eventi. La materia viene riscaldata a milioni di gradi mentre viene attirata verso il buco nero e quindi inizia a emettere raggi X che sono a noi visibili. Inoltre, l’immensa gravità dei buchi neri è in grado di distorcere lo spazio stesso, quindi è possibile vedere l’influenza della sua attrazione gravitazionale su stelle o altri oggetti celesti.

Illustrazione di un buco nero supermassiccio. NASA/JPL-Caltech

2. Quanto tempo impiega un buco nero a formarsi?

Un buco nero di massa stellare, con una massa di decine di volte quella del Sole, può probabilmente formarsi in pochi secondi, subito dopo il collasso di una stella massiccia. Questi buchi neri relativamente piccoli possono essere creati anche attraverso la fusione dei resti densi, di quelle che una volta erano stelle, chiamati stelle di neutroni. Una stella di neutroni può anche fondersi con un buco nero per creare un buco nero più grande, oppure  anche due buchi neri possono scontrarsi e fondersi.  Questo genere di fusioni crea rapidamente buchi neri e produce increspature nello spazio-tempo chiamate onde gravitazionali.

Più misteriosi sono invece buchi neri giganti che si trovano al centro delle galassie, chiamati “buchi neri supermassicci”, che possono pesare milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Può volerci all’incirca un miliardo di anni prima che uno di essi raggiunga una dimensione così grande, ma al momento non è ancora chiaro quanto tempo impieghino per raggiungere tali proporzioni.

3. In che modo gli scienziati calcolano la massa di un buco nero supermassiccio?

La ricerca consiste nell’osservare i moti delle stelle nei centri delle galassie. Questi movimenti implicano un corpo oscuro e massiccio la cui massa può essere calcolata basandosi sulla velocità delle stelle che gli ruotano attorno. E la materia che cade in un buco nero si va ad aggiungere alla massa del buco nero stesso, non scompare dall’universo.

4. È possibile per un buco nero “mangiare” un’intera galassia?

No. Non c’è modo che un buco nero mangi un’intera galassia. La portata gravitazionale dei buchi neri supermassicci contenuti nel mezzo delle galassie è grande, ma non abbastanza grande da divorare l’intera galassia.

5. Cosa accadrebbe se cadessi in un buco nero?

Di certo non sarebbe un bene! Ma quello che sappiamo sull’interno dei buchi neri deriva dalla Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein.

Un osservatore distante vedrà solo le regioni al di fuori dell’orizzonte degli eventi, ma i singoli osservatori che cadono nel buco nero sperimenterebbero un’altra “realtà”. Se entrassi nell’orizzonte degli eventi, la tua percezione dello spazio e del tempo cambierebbe completamente. Allo stesso tempo, l’immensa gravità del buco nero ti comprimerebbe orizzontalmente e ti allungherebbe verticalmente come una tagliatella, motivo per cui gli scienziati chiamano questo fenomeno “spaghettificazione”.

Fortunatamente, questo non è mai successo a nessuno: i buchi neri sono troppo lontani per attirare qualsiasi materia dal nostro sistema solare. Ma gli scienziati hanno osservato buchi neri che fanno letteralmente a pezzi intere stelle in un processo che rilascia un’enorme quantità di energia.

M87
L’immagine dell’orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio al centro della galassia Messier 87, proposta nel 2019 grazie a due anni di rilevamenti dei radiotelescopi dell’Event Horizon Telescope. Credits: Event Horizon Telescope

6. E se il Sole si trasformasse in un buco nero?

Il Sole non si trasformerà mai in un buco nero perché non è abbastanza massiccio per farlo, in futuro diventerà un denso resto stellare chiamato nana bianca.

Ma se, ipoteticamente, il Sole diventasse improvvisamente un buco nero con la stessa massa di oggi, questo non influenzerebbe le orbite dei pianeti, perché la sua influenza gravitazionale sul sistema solare sarebbe la stessa. Quindi, la Terra continuerebbe a ruotare attorno al Sole senza essere trascinata dentro, anche se la mancanza di luce solare sarebbe disastrosa per la vita sulla Terra.

7. I buchi neri hanno avuto qualche influenza sul nostro pianeta?

I buchi neri di massa stellare sono ciò che resta dopo l’esplosione di una stella massiccia. Queste esplosioni distribuiscono nello spazio elementi come carbonio, azoto e ossigeno necessari per la vita. Le fusioni tra due stelle di neutroni, due buchi neri o una stella di neutroni e un buco nero, diffondono in modo simile elementi pesanti intorno a loro che potrebbero un giorno diventare parte di nuovi pianeti. Le onde d’urto delle esplosioni stellari possono anche innescare la formazione di nuove stelle e nuovi sistemi solari. Quindi, in un certo senso, dobbiamo la nostra esistenza sulla Terra a esplosioni ed eventi di collisione avvenuti tanto tempo fa e che hanno portato alla formazione di buchi neri.

Su una scala più ampia, la maggior parte delle galassie sembra contenere dei buchi neri supermassicci al centro. La connessione tra la formazione di questi buchi neri supermassicci e la formazione delle galassie non è ancora stata compresa del tutto. È possibile che un buco nero abbia avuto un ruolo nella formazione della nostra galassia, la Via Lattea. Ma questo problema “dell’uovo e della gallina”, ovvero capire se è comparsa prima la galassia o il buco nero, è uno dei grandi enigmi ancora aperti sul nostro universo.

8. Qual è il buco nero più distante mai osservato?

Il buco nero più distante mai rilevato si trova in una galassia a circa 13,1 miliardi di anni luce dalla Terra. L’età dell’universo è attualmente stimata in circa 13,8 miliardi di anni, quindi questo significa che questo buco nero è esistito da circa 690 milioni di anni dopo il Big Bang.

Questo buco nero supermassiccio è ciò che gli astronomi chiamano una “quasar”, una galassia primordiale dove grandi quantità di gas si riversano nel buco nero così rapidamente che la produzione di energia è mille volte maggiore di quella della galassia stessa. È proprio grazie a questa sua estrema luminosità che gli astronomi possono rilevarlo a distanze così grandi.

Com’è fatto un buco nero. Credit: Nasa/Jeremy Schnittman

9. Se nulla può sfuggire da un buco nero, allora l’intero universo non sarà alla fine inghiottito?

L’universo è un posto molto grande. In particolare, la dimensione di una regione in cui un particolare buco nero ha un’influenza gravitazionale significativa è piuttosto limitata rispetto alle dimensioni di una galassia. Questo vale anche per i buchi neri supermassicci come quello trovato nel mezzo della Via Lattea. Questo buco nero probabilmente ha già “mangiato” la maggior parte o tutte le stelle che si sono formate nelle vicinanze, e le stelle più lontane sono per lo più al sicuro dall’essere trascinate dentro. Poiché questo buco nero pesa già qualche milione di volte la massa del Sole aumenterà di poco la sua massa ingoiando qualche altra stella simile al Sole. Non c’è pericolo che la Terra (situata a 26.000 anni luce di distanza dal buco nero della Via Lattea) venga trascinata dentro.

Le future collisioni di galassie causeranno un aumento delle dimensioni dei buchi neri, ad esempio mediante la fusione di due buchi neri. Ma le collisioni non avverranno all’infinito perché l’universo è grande e inoltre si sta espandendo, quindi è molto improbabile che si verifichi un qualsiasi tipo di scontro.

10. I buchi neri possono rimpicciolirsi?

Sì. Il defunto fisico Stephen Hawking ha proposto la teoria che mentre i buchi neri si ingrandiscono mangiando materiale, si restringono lentamente perché perdono piccole quantità di energia attraverso quella che viene chiamata la “radiazione di Hawking”.

La radiazione di Hawking si verifica perché lo spazio vuoto, o il vuoto, non è realmente vuoto. In realtà è un mare di particelle che si formano e di distruggono continuamente in coppie. Hawking ha mostrato che se una coppia di tali particelle viene creata vicino a un buco nero, c’è la possibilità che una di esse venga trascinata nel buco nero prima di essere distrutta e, in questo caso, il suo partner fuggirà nello spazio. L’energia di questa particella viene sottratta da quella del buco nero, quindi il buco nero perderà lentamente energia e massa attraverso questo processo.

Alla fine, in teoria, i buchi neri evaporeranno attraverso la radiazione di Hawking. Ma ci vorrebbe molto più tempo dell’intera età dell’universo perché la maggior parte dei buchi neri che conosciamo evapori in modo significativo. I buchi neri, anche quelli grandi sino a  poche volte la massa del Sole, resteranno in giro per molto, molto tempo!

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