buchi neri

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Non si fanno sfuggire nulla, neppure la luce

I buchi neri sono corpi celesti il cui campo gravitazionale è così intenso che non possono emettere nulla, neppure la luce. Per questo sono neri e non possiamo osservarli direttamente. Si formano dal collasso gravitazionale che talvolta accompagna la morte di una stella. Nell'Universo ne esistono alcuni giganteschi, con massa milioni di volte più grande di quella del Sole

La velocità di fuga e i buchi neri

Se lanciamo una palla in aria, maggiore sarà l'energia con cui la gettiamo verso l'alto, maggiori saranno la velocità iniziale e l'altezza massima a cui sale prima di invertire la direzione del moto e ritornare a terra. Se si aumenta la velocità iniziale, si arriva a un valore, detto velocità di fuga, tale che la palla supera l'attrazione gravitazionale della Terra e non torna più indietro. La velocità di fuga da un corpo celeste è V_f = √(2G M/R) dove M è la massa della stella o del pianeta da cui parte la palla (in questo caso la Terra) e R il suo raggio. Per la Terra V_f =11,2 km/s, che equivale a circa 40.320 km/h. Dalla formula precedente si vede che a parità di massa M, V_f aumenta se il raggio del corpo diminuisce, quindi ci sarà un valore del raggio, che indicheremo con R_S, per cui la velocità di fuga diventa uguale a quella della luce.

Siccome niente può muoversi a velocità uguale o superiore a quella della luce, la nostra palla non potrà più sottrarsi all'attrazione gravitazionale del corpo. Se un oggetto celeste ha raggio inferiore a R_S, neanche un segnale luminoso potrà essere inviato dalla sua superficie verso il mondo esterno, e quindi sarà letteralmente nero, un buco nero. La superficie di raggio R_S è l'orizzonte degli eventi, perché come l'orizzonte terrestre, delimita ciò che possiamo vedere da ciò che sfugge invece al nostro sguardo perché inghiottito dal buco nero. Per un buco nero di massa pari a quella del Sole, R_S è solo 1,48 km, circa mezzo milione di volte più piccolo del raggio del Sole! Tanta materia in così poco spazio si può concentrare solo durante il collasso gravitazionale che in certi casi accompagna le ultime fasi della vita di una stella: la parte centrale della stella si contrae rapidissimamente e la materia cade verso il centro dove si forma un campo gravitazionale così intenso da intrappolare ogni cosa.

Ci sono davvero i buchi neri?

L'esistenza dei buchi neri è una delle predizioni fondamentali della teoria della relatività generale formulata da Albert Einstein nel 1915. La prima soluzione delle equazioni di Einstein che descrive un buco nero fu trovata dall'astronomo tedesco Karl Schwarzschild sempre nel 1915 e per molto tempo si pensò che non avesse significato fisico. Nel 1939, invece, Robert Oppenheimer e Hartland Snyder mostrarono con calcoli teorici che una nube di gas, contraendosi a causa dell'attrazione gravitazionale, forma un buco nero. Solo negli anni Sessanta le osservazioni astronomiche e gli studi teorici mostrarono che la vita di una stella di massa sufficientemente grande può culminare in una esplosione e nel successivo collasso della sua parte più interna.

I buchi neri non sono visibili direttamente, perché neanche la luce può sfuggire loro; si possono studiare indirettamente grazie ai fenomeni che avvengono nelle vicinanze dell'orizzonte degli eventi. Qui la materia si muove a velocità elevatissime e sono emesse grandi quantità di energia. Le osservazioni astronomiche indicano che al centro di molte galassie, inclusa la nostra, si trovano buchi neri giganteschi: hanno massa di milioni (o centinaia di milioni) di volte maggiore di quella solare, e si sono formati e ingranditi catturando gas e stelle. Una prova diretta dell'esistenza dei buchi neri si avrà quando si riveleranno le onde gravitazionali che essi emettono durante varie fasi della loro vita.

Tanto complicati eppure tanto semplici

I buchi neri sono paradossalmente gli oggetti dell'Universo più semplici da descrivere. Bastano due sole quantità: la massa e la velocità di rotazione. Tutte le informazioni sulla complessa struttura della stella da cui hanno avuto origine, per esempio sul tipo di materia che la componeva, sulla forma o sul campo magnetico, scompaiono non appena essa attraversa l'orizzonte degli eventi.