Un cosmologo teorico descrive quanto siano grandi i buchi neri e il “punto di non ritorno”.


I buchi neri sono tra i fenomeni più affascinanti dello spazio esterno, e ne stiamo imparando sempre di più. Proprio la settimana scorsa, un gruppo di astronomi ha pubblicato un articolo che documenta una rara collisione visibile di buchi neri, che ha prodotto un lampo di luce che ha permesso agli scienziati di vedere l’evento dalla Terra.

Da Star Trek a Doctor Who a The Orville, la fantascienza spesso incorpora i buchi neri nelle trame, in gran parte perché ci sono ancora così tante le cose che non sappiamo. Ma Alexander Vilenkin non è affatto scoraggiato da questo vasto e complesso argomento. Leonard e Jane Holmes Bernstein, professore di Scienze dell’evoluzione presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Tufts, ha studiato per decenni la cosmologia teorica, tra cui l’energia oscura, le stringhe cosmiche e il multiverso. Se c’è qualcuno che può aiutare a svelare un po’ di mistero intorno ai buchi neri, quello è lui.

Vilenkin ha recentemente tenuto a Tufts Now un corso accelerato per rendere questi giganti cosmici un po’ più accessibili. Ecco tre fatti sui buchi neri su cui riflettere.

I buchi neri possono essere incomprensibilmente enormi

I buchi neri si misurano in base alla loro dimensione e massa, o alla quantità di materia che hanno. Un buco nero di medie dimensioni può avere una massa venti volte maggiore del Sole. Tuttavia, la forza di gravità all’interno di un buco nero è così forte che condensa tutta quella massa in una palla con un diametro di soli trenta chilometri circa.

I buchi neri supermassicci sono i buchi neri più grandi. Vilenkin ha detto che questi colossi possono avere una massa di un miliardo di soli con un diametro circa pari alle dimensioni del nostro sistema solare.

Ogni grande galassia, compresa la Via Lattea, ha almeno un buco nero supermassiccio al suo centro. “Per quanto riguarda i buchi neri supermassicci, il nostro è piuttosto piccolo. Si tratta solo di pochi milioni di masse solari”, ha detto.

Il più piccolo buco nero registrato è praticamente minuscolo: ha appena quattro volte la massa del nostro sole.

I buchi neri possono fondersi

I buchi neri che sono vicini tra loro tendono ad andare alla deriva sempre più vicini, ha detto Vilenkin. “Quello che succede è che questi buchi neri si attaccano l’uno all’altro, per gravità, e iniziano a ruotare l’uno intorno all’altro. Essi formano un sistema binario e, ruotando, perdono gradualmente la loro energia a causa della radiazione gravitazionale. Si avvicinano sempre di più e ruotano l’uno intorno all’altro sempre più velocemente. Alla fine si fondono”, ha detto.

Finora non sono state osservate collisioni di buchi neri supermassicci, ma gli astronomi hanno osservato collisioni di buchi neri molto più piccoli, ha detto Vilenkin.

Non possiamo vedere una collisione di questo tipo attraverso un telescopio, non importa quanto sia potente, perché da un buco nero non può uscire luce. Tuttavia, utilizzando strumenti molto sensibili – e molto grandi – chiamati rivelatori di onde gravitazionali, gli scienziati possono rilevare e misurare le onde gravitazionali emesse dai buchi neri. Le onde sono come increspature nello spazio-tempo (per saperne di più tra un po’), e i dati raccolti raccontano la storia di ciò che sta accadendo a milioni o miliardi di anni luce di distanza.

“Le onde gravitazionali emesse mentre i buchi neri sono solo in orbita nei loro sistemi binari sono tipicamente troppo deboli per essere rilevate. Ma questa dose finale di radiazioni quando i buchi neri stanno per fondersi, e quando alla fine si fondono per formare un buco nero più grande, è stata osservata molte volte”, ha detto.

Le esplosioni di radiazioni gravitazionali durano molto poco tempo, ma seguono un certo schema. Quando gli astronomi vedono questo schema, ha detto Vilenkin, possono identificarlo come una collisione di buchi neri e capire le loro masse e quanto sono lontane. Nel settembre 2019, la NASA ha annunciato che gli astronomi hanno individuato tre buchi neri supermassicci in rotta di collisione in un sistema a circa un miliardo di anni luce dalla Terra.

I buchi neri hanno un punto di non ritorno

I buchi neri hanno quello che viene chiamato orizzonte degli eventi. Pensate a questo come alla superficie del buco nero. Nulla può sfuggire da sotto la superficie, compresa la luce. Allora cosa succede quando, per esempio, un’astronave attraversa l’orizzonte degli eventi?

“Diciamo che l’astronave ci invia impulsi di luce mentre si avvicina al buco nero. Quando l’astronave si avvicina all’orizzonte degli eventi, gli impulsi diventano sempre più deboli e gli intervalli tra loro diventano sempre più lunghi”, ha detto Vilenkin. “Quando l’astronave si avvicina all’orizzonte degli eventi, lo vediamo come se fosse congelato. Non vedremo mai l’astronave andare effettivamente sotto l’orizzonte degli eventi perché la luce non può uscire da lì sotto”.

E i viaggiatori nell’astronave? Vilenkin ha detto che quando l’astronave si avvicina all’orizzonte degli eventi, non noteranno nulla di particolare e ci vedranno comunque. Tuttavia, una volta attraversato l’orizzonte degli eventi, questo è un punto di non ritorno. Non si può tornare indietro e uscire. Si può solo muoversi verso il centro del buco nero, ha detto.

La gravità diventerà sempre più forte, e siccome la gravità allunga le cose in una direzione, l’astronave si spaghettizza. “Alla fine questa astronave colpirà il punto centrale, che si chiama singolarità. La singolarità è, matematicamente, dove la gravità diventa infinitamente forte, quindi la curvatura dello spazio-tempo diventa infinita. Non possiamo dire cosa succede esattamente nella singolarità, ma l’astronave e tutto ciò che vi è dentro verrà distrutto ben prima che l’astronave raggiunga la singolarità”, ha detto Vilenkin.

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