Buchi neri: cosa sono, come nascono ed il loro meccanismo

Grazie a film come Interstellar ed animazioni 3D, molte persone immaginano i buchi neri come “mostri galattici” che risucchiano tutto, compresa la luce. Tuttavia, è importante sapere che la prima foto reale di un buco nero, precisamente del suo disco di accrescimento, è stata ottenuta solo nel 2019 (Messier 87) grazie all’Event Horizon Telescope. Prima di questo evento storico, tutte le immagini che circolavano in rete erano soltanto rappresentazioni digitali.

Anche Stephen Hawking, il famoso fisico e cosmologo che dedicò la sua vita allo studio di questi oggetti misteriosi, non ottenne mai il Premio Nobel per le sue importanti ricerche, poiché la prova concreta dell’esistenza dei buchi neri è arrivata solo un anno dopo la sua morte, avvenuta nel 2018.

Nascita di un buco nero

Un buco nero è, per definizione, un corpo celeste con un campo gravitazionale così intenso da non permettere la fuoriuscita di nulla che vi entri, compresa la luce poiché la velocità di fuga è superiore ad essa; questo è il motivo per cui non possiamo osservare direttamente l’oggetto ma individuarne le interazioni con altri corpi celesti.

La “stella oscura” è il risultato della fine del ciclo di vita di quella che prima era una normale stella. Dopo aver terminato tutto l’idrogeno per la fusione nucleare (producendo elio), essa inizia a fondere altri elementi: prima l’elio, poi litio, azoto, ecc. Se il nucleo della stella supera una certa massa critica (limite di Chandrasekar), essa arriva addirittura a fondere il ferro; essendo questa una reazione endotermica (che richiede  energia, non la emette) non risulta più possibile opporsi al collasso gravitazionale.

A questo punto avviene una supernova, grazie alla quale la stella espelle gran parte della propria massa e ciò che ne resta, a seconda della massa del nucleo restante, può diventare una stella di neutroni o, appunto, un buco nero.

Struttura di un buco nero

Indipendentemente dalle dimensioni, i buchi neri condividono una struttura comune: è teorizzato che al suo centro si trovi la singolarità, un punto in cui tutta la massa è compressa in un volume infinitesimale, creando una curvatura dello spazio-tempo infinita. Inoltre, questa possiede altre caratteristiche sconosciute che non rispettano le leggi della relatività generale.

La singolarità si nasconde dietro l’orizzonte degli eventi che definisce il limite di non ritorno (a vista, separa la zona luminosa da quella nera) e andando ancora verso l’esterno abbiamo il disco di accrescimento: un anello di materia e luce che che orbita a velocità incredibili attorno al buco nero.

Morte di un buco nero: la radiazione di Hawking

Stephen Hawking diceva che “un buco nero non è poi così nero”: il fisico infatti ipotizzò un fenomeno, chiamato radiazione di Hawking, secondo cui i buchi neri emettono delle particelle, andando a perdere massa progressivamente fino ad evaporare. È un fenomeno ovviamente molto lento ma che potrebbe identificarsi come la “morte” di questi corpi celesti. 

Curiosità: cosa accadrebbe se cadessi in un buco nero?

Se ti avvicinassi ad un buco nero, le temperature del disco di accrescimento ti disintegrerebbero prima ancora di attraversarlo. Ma supponiamo che tu riesca a superarlo: una volta all’interno dell’orizzonte degli eventi, non noteresti nulla di strano finché la gravità non inizierebbe a stirarti in un processo chiamato “spaghettificazione”. Cadendo verso la singolarità, vedresti immagini distorte, poiché la luce si comporta in modo imprevedibile all’interno del buco nero.

Una volta arrivato a vedere alla singolarità avrai ottenuto una conoscenza che nessuno possiede e tutti i misteri della fisica ti sarebbero finalmente chiari.