Buchi neri

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I buchi neri si situano al confine della conoscenza e della comprensione umana.

“Buco nero” è una locuzione che gli umani utilizzano per rappresentare una regione dell’Universo estremamente compatta: una porzione di spaziotempo dove così tanta massa è racchiusa in un volume così piccolo, da formare l’oggetto più compatto che la mente umana riesca ad immaginare.

Riesci ad immaginare di poter comprimere l’intero pianeta Terra tra le tue dita, fino a farla diventare una pallina grande come l’unghia del tuo pollice? Bene, in questo caso avresti reso il pianeta Terra abbastanza compatto da trasformarlo in un buco nero.

Un buco nero è un oggetto cosmico così compatto che riesce a sfidare il nostro stesso concetto di “compattezza“; e riesce di fatto a plasmare la realtà in maniera estremamente affascinante.

Cos’è la compattezza? È un termine usato per descrivere quanta massa è racchiusa in un volume. Più massa viene compressa in un dato volume, più compatto sarà l’oggetto risultante. Più piccolo si rende il volume di una data massa, più compatto sarà l’oggetto risultante.

Il nostro spaziotempo (la nostra realtà) è incurvato dalla presenza di massa; ogni corpo massiccio, inclusi me, te, ed ogni presenza terrestre, incurva lo spaziotempo. Più compatto è il corpo massiccio in questione, più forte è la curvatura dello spaziotempo risultante attorno ad esso. Un buco nero è una regione di spaziotempo così compatta, che l’accelerazione gravitazionale esercitata vicino ai suoi confini è infinita: nemmeno la luce riesce a sfuggirne. Attorno a un buco nero, lo spaziotempo è infinitamente curvo.

Rappresentazione a due dimensioni della curvatura dello spaziotempo dovuta alla presenza di corpi massicci. A sinistra: rappresentazione della curvatura spaziotemporale attorno a una stella compatta come il Sole; a destra: rappresentazione della curvatura spaziotemporale attorno a un oggetto compatto come un buco nero.

Il “cuore” di un buco nero, infatti, è una singolarità spaziotemporale. Una singolarità è un punto infinito, una divergenza: un luogo che la mente umana non può visitare con chiarezza. Il nostro spaziotempo è curvo, ed è tanto più curvo, quanta più massa è racchiusa in un piccolo volume. Lo spaziotempo attorno a un buco nero è così tanto incurvato, che nemmeno la (leggerissima!) luce riesce ad uscirne. Tutto è arrotolato su sé stesso.

I buchi neri non hanno una superficie solida: il loro confine si chiama “Orizzonte degli Eventi“. L’Orizzonte degli Eventi è la regione di spaziotempo attorno al buco nero oltre la quale la attrazione gravitazionale è così forte da non permettere a nessun oggetto di sfuggirle: nemmeno alla luce. Perciò tutto ciò che entra in un buco nero, rimane dentro al buco nero.

Questa è la ragione per cui chiamiamo questi oggetti “buchi neri“: perché non possiamo vedere nulla provenire da essi, nemmeno la luce; e perché qualsiasi cosa si avvicini abbastanza ad essi, non potrà mai più allontanarsene. Ma in realtà i buchi neri non sono “neri”: i buchi neri non hanno colore, o — potremmo dire — hanno tutti i colori dell’Universo! Solo che noi non riusciamoa vedere questi colori, per definizione di buco nero stesso (i colori sono trasmessi dalla luce: i colori sono luce). I buchi neri non sono neanche “buchi”: piuttosto sono picchi infiniti di densità nel tessuto spaziotemporale dell’Universo. Questa è la ragione per cui diversi buchi neri possono incontrarsi e fondere, formando nuovi buchi neri, ancora più grandi, contribuendo così a formare le strutture cosmiche che osserviamo nell’Universo.

Tutto sommato, i buchi neri sono oggetti semplici. Si assomigliano tutti l’uno all’altro, e possono essere completamente descritti da tre sole proprietà fisiche: la carica elettrica, il tasso di rotazione, e la massa. Inoltre — fortunatamente per gli umani che si dedicano a studiare buchi neri cosmici — nel nostro Universo la carica elettrica dei buchi neri è trascurabile: ci si può quindi concentrare sul loro tasso di rotazione (chiamato anche spin), e specialmente (perché più facile da misurare dello spin): sulla loro massa.

Le dimensioni di un buco nero dipendono principalmente dalla sua massa. L’Orizzonte degli Eventi di un buco nero con la massa equivalente alla massa del pianeta Terra è grande un paio di centimetri; ma un buco nero con la massa di una stella come il nostro Sole, è grande come una metropoli terrestre. I buchi neri più grandi che conosciamo sono grandi quanto tutto il Sistema Solare! Tali buchi neri possono arrivare a contenere una massa equivalente a quella di decine di migliaia di milioni di volte la massa della nostra stella Sole.

Un buco nero può quindi essere descritto come una singolarità spaziotemporale attorno alla quale esiste una regione di non-ritorno, definita dall’Orizzonte degli Eventi.

The first image ever taken by humans of the shadow of a black hole.
Stai osservando i confini della conoscenza umana: questa è la prima immagine dell’ombra di un buco nero, quello al centro della galassia Messier 87. Questa immagine è stata pubblicata nel 2019 dalla collaborazione di astronomi “Event Horizon Telescope”.
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