Domande e risposte: Cosa sono i buchi neri?

Per cercare di capire cosa sono e come si formano i buchi neri, almeno quelli stellari, dobbiamo considerare brevemente le ultime fasi di vita di una stella almeno 15 volte più massiccia del Sole.

A partire dalle 8 masse solari in poi la stella cerca di rinviare la sua morte fondendo tutti gli elementi creati dai precedenti processi, fino ad arrivare al ferro.

La fusione del ferro non produce più energia, quindi la stella crolla sotto il suo stesso peso, poi rimbalza come un’immensa onda d’urto ed esplode come una supernova.

Al centro, laddove prima si trovava il nucleo di ferro, resta un oggetto estremamente caldo e molto particolare. 

Rappresentazione artistica di un buco nero.

Se la massa del nucleo è inferiore ad 3,8 masse solari, si forma una stella di neutroni, un agglomerato di materia che ha la stessa densità di un neutrone, milioni di miliardi di volte superiore a quella dell’acqua. Di fatto, quest’oggetto, dal diametro di una decina di chilometri, può essere assimilato a un gigantesco neutrone.

Se il nucleo rimanente ha una massa superiore a 3,8 masse solari, e questo si verifica orientativamente quando la massa originaria della stella era superiore a 15-20 volte quella del Sole, allora neanche la pressione dei neutroni riesce a contrastare il collasso gravitazionale, che procede fino a formare quello che è chiamato buco nero.

Il buco nero è un oggetto talmente massiccio che la forza di gravità nelle sue vicinanze è così forte da non far sfuggire neanche la radiazione elettromagnetica eventualmente emessa.

Poiché le onde elettromagnetiche sono ciò che viaggia più velocemente nell’Universo, ne consegue che dalla superficie del buco nero non può fuggire assolutamente nulla. Qualsiasi cosa vi entri non potrà più liberarsi da un abbraccio così soffocante. È per questo motivo che il buco nero appare completamente nero, quindi del tutto invisibile. 

Come fanno gli astronomi a essere allora certi della sua presenza?

Attraverso quelle che vengono chiamate misure indirette, ovvero osservando gli effetti che provocano sulla materia che senza accorgersi si avvicina troppo a questo silenzioso e invisibile predatore cosmico.

Stelle o gas che incontrano un buco nero vengono lentamente risucchiate, formando quello che si chiama disco di accrescimento. Il materiale spiraleggia velocemente verso il buco nero, ma prima di venirne inghiottito per sempre saluta l’Universo emettendo una grande quantità di radiazione elettromagnetica, principalmente raggi x, a seguito del forte riscaldamento subito. 

Appena varcata una linea immaginaria chiamata orizzonte degli eventi, di colpo sparisce completamente qualsiasi informazione e il gas resterà intrappolato per sempre in un ambiente che probabilmente non conosceremo mai.

In effetti nessuno sa e mai potrà sapere cosa c’è dentro un buco nero; se c’è materia, e in tal caso in quale stato si trova, oppure no. 

Gli scienziati considerano la superficie di un buco nero come un’area immaginaria, nella quale potrebbe non esserci affatto materia.

I confini di un buco nero sono infatti identificati da quello che si chiama orizzonte degli eventi.

Il raggio dell’orizzonte degli eventi, detto raggio di Schwarzschild, identifica le dimensioni di una sfera immaginaria all’interno della quale neanche la luce può più uscire, ma non identifica necessariamente un confine nel quale si incontra della materia. 

Alcuni scienziati, addirittura, credono che all’interno dell’orizzonte degli eventi non vi sia materia, ma uno squarcio nel tessuto spazio-temporale che potrebbe collegare due punti lontani dell’Universo.

Al di là delle speculazioni, una cosa è certa: al centro dello spazio delimitato dal buco nero c’è quella che di chiama singolarità. Tutte le grandezze fisiche in quel punto assumono valori infiniti o nulli. 

Poiché il concetto di infinito in fisica non esiste, questo significa che al centro di un buco nero non valgono più le leggi fisiche che conosciamo e che regolano il funzionamento dell’Universo.

I buchi neri non si generano solamente dal collasso di stelle di grande massa, ma anche al centro delle galassie, regioni nelle quali la grande concentrazione di materia genera buchi neri con una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole, detti buchi neri galattici.

A quanto risulta, ogni galassia, compresa la Via Lattea, ha un buco nero molto massiccio nel centro.