Molto probabilmente avrete avuto l’occasione di vedere il film “Interstellar”, capolavoro del 2014 diretto dal geniale Christopher Nolan, e sono disposto a scommettere che siete rimasti impressionati dalle straordinarie immagini del gigantesco buco nero attorno al quale orbitano i pianeti di Miller e Mann. “Gargantua” rappresenta una magnifica immagine e ricostruzione di uno di questi giganti celesti e gli effetti che esso esercita sui pianeti vicini sono, da un punto di vista teorico, correttamente rappresentati. La prossimità di Gargantua provoca una dilatazione temporale per gli oggetti nelle sue vicinanze. Ciò avviene poiché il buco nero deforma lo spazio e il tempo al punto da risucchiare persino la luce. Questa curvatura genera campi gravitazionali diversi, modificando così il flusso del tempo. All’interno del film, la vicinanza a ciò che è chiamato “orizzonte degli eventi” fa sì che il tempo sul pianeta di Mann scorra più lentamente, infatti, un’ora su quel pianeta corrisponde a sette anni terrestri.
Sicuramente molte domande riguardo a questi colossi avranno attraversato la vostra mente: Cosa sono? Come si formano? Cosa accadrebbe se dovessimo caderci dentro? Bene, cerchiamo di gettar luce su questi Giganti Invisibili.
COME SI FORMANO I BUCHI NERI?
Una stella, dopo aver consumato circa il 90% dell’idrogeno attraverso reazioni di fusione nucleare, principalmente trasformandolo in elio, raggiunge un punto critico in cui non può più resistere al collasso gravitazionale. Durante la prima fase della sua vita, la forza gravitazionale enorme che agisce su di essa è bilanciata dalla pressione termica generata dalle reazioni nucleari. Questo equilibrio mantiene la stella con un raggio costante. Tuttavia, una volta che la stella ha esaurito il suo carburante nucleare, l’equilibrio tra l’attrazione gravitazionale e la pressione termica si rompe, la stella perde così la capacità di sostenersi. Inizia quindi a contrarsi, e man mano che questo processo avanza, il campo gravitazionale alla sua superficie diventa sempre più intenso, causando un sempre maggiore incurvamento dello Spazio-Tempo. Infine, quando la stella si contrae fino a raggiungere un determinato raggio critico, il campo gravitazionale alla sua superficie diventa così estremamente potente che la trama dello Spazio-Tempo viene piegata a tal punto che la luce non può più sfuggire nello spazio. In accordo con la teoria della relatività, nulla può viaggiare a una velocità superiore a quella della luce. Se quindi la luce non può sottrarsi a un buco nero, non ci riuscirà alcun’altra cosa.
COS’É UN BUCO NERO?
Un buco nero è una regione dello spazio-tempo in cui il campo gravitazionale è così forte da non lasciare sfuggire né materia, né radiazione elettromagnetica. Qualsiasi cosa giunga nelle vicinanze di un buco nero viene attratta e irrimediabilmente catturata, senza possibilità di allontanarsene. Nemmeno un raggio di luce è in grado di sfuggire alla “cattura” di un buco nero. Esistono principalmente tre tipi di buchi neri in base alle loro caratteristiche principali: buchi neri stellari, buchi neri super massicci e buchi neri intermedi. I Buchi Neri Stellari si formano dal collasso di una stella massiccia alla fine del suo ciclo vitale. I Buchi Neri Super massicci Si trovano al centro delle
galassie e si pensa che si formino attraverso processi di accrescimento e fusione di buchi neri stellari e gas circostante. Per i Buchi Neri Intermedi la loro formazione esatta non è ancora del tutto chiara, ma si ipotizza che possano risultare dalla fusione di buchi neri stellari o dalla crescita graduale di buchi neri stellari. È importante notare che esistono anche variazioni in base alla rotazione dei buchi neri (buchi neri rotanti o non rotanti) e alla presenza di carica elettrica (buchi neri carichi o non carichi).
• ORIZZONTE DEGLI EVENTI=
Uno degli aspetti salienti di questi fenomeni celesti è rappresentato dall’orizzonte degli eventi, una regione in cui la velocità di fuga coincide con quella della luce. Purtroppo, tale fenomeno non è osservabile da un punto di vista esterno, ma possiamo descrivere la sua forma come approssimativamente sferica, configurando ciò che comunemente si chiama “punto di non ritorno”. Se un raggio di luce attraversasse in prossimità dell’orizzonte degli eventi, pur rimanendo all’esterno, subirebbe soltanto una curvatura a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata dal buco nero. Invece, se dovesse oltrepassare tale orizzonte, sarebbe inevitabilmente trattenuto, senza possibilità di fuga. Nelle immediate vicinanze di questa regione, si verifica un fenomeno noto come dilatazione temporale gravitazionale. La dilatazione temporale gravitazionale è un fenomeno previsto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Essa si verifica in presenza di campi gravitazionali intensi e si traduce nell’effetto che il tempo scorre più lentamente in prossimità di oggetti massivi rispetto a regioni lontane da tali corpi. Il raggio di Schwarzschild ci permette di individuare la superficie dell’orizzonte degli eventi per un buco nero privo di carica e non rotante. Questo raggio delinea le dimensioni sotto le quali una stella, collassando su sé stessa, diventa un buco nero.
• SINGOLARITÁ=
Un punto nello Spazio-Tempo in cui la curvatura dello Spazio-Tempo diventa infinita. Al centro di un buco nero, come descritto dalla relatività generale, si trova una singolarità gravitazionale, un punto in cui il tessuto dello Spazio-Tempo è estremamente curvato e le leggi fisiche convenzionali non riescono a descrivere accuratamente ciò che accade. La singolarità rappresenta la conseguenza del collasso gravitazionale di una stella massiccia durante la formazione di un buco nero. Quando la massa della stella collassa sotto la sua stessa gravità, se supera una determinata soglia, si forma un buco nero e la materia si concentra in uno spazio infinitamente piccolo, dando origine alla singolarità.
• SFERA FOTONICA=
La sfera fotonica è una regione nello spazio circostante un buco nero in cui la gravità è così intensa da piegare la luce su orbite circolari stabili. In questa zona, i fotoni possono seguire traiettorie orbitanti intorno al buco nero in modo coerente. Questo fenomeno è noto anche come “sfera degli ultimi fotoni” o “superficie del raggio critico”. La sfera fotonica è caratterizzata da un raggio critico, che rappresenta la distanza dal centro del buco nero alla sfera. Questo raggio critico varia in base alla massa del buco nero. In pratica, la luce all’interno della sfera fotonica può orbitare intorno al buco nero seguendo percorsi circolari stabili. La relazione tra la sfera fotonica e l’orizzonte degli eventi di un buco nero è significativa. Mentre l’orizzonte degli eventi rappresenta il punto oltre il quale nulla può sfuggire alla gravità del buco nero, la sfera fotonica delinea la regione in cui la luce può “orbitare” prima di essere catturata dall’orizzonte degli eventi. Sebbene la sfera fotonica non sia direttamente osservabile, il suo impatto può essere rilevato attraverso emissioni elettromagnetiche emesse da materia che circonda un buco nero, come un disco di accrescimento.
COSA ACCADREBBE SE DOVESSIMO CADERE IN UN BUCO NERO?
Immagina di trovarti in una navicella spaziale e che ti stai inesorabilmente avvicinando a un buco nero. Man mano che ti avvicini, l’attrazione gravitazionale del buco nero inizia a farsi sentire in modo più intenso. Inizialmente, la differenza di forza gravitazionale tra la tua testa e i tuoi piedi è trascurabile. Ma man mano che ti avvicini, queste forze di marea diventano sempre più intense.La gravità in un buco nero è così potente che inizia a distorcere lo spazio e il tempo intorno a te. Dal tuo punto di vista, il tempo inizia a scorrere più lentamente rispetto a chi è lontano dal buco nero. Mentre tu scendi verso il buco nero, chi ti osserva dall’esterno vedrà che il tuo orologio scorre sempre più lentamente. La forza gravitazionale continua ad aumentare e, ad un certo punto, le forze di marea diventano significative. Questo fenomeno è noto come “spaghettificazione”. La gravità del buco nero ti stirerà, tirando in direzioni opposte parti diverse del tuo corpo. In pratica, verresti allungato in una forma simile a uno spaghetto mentre continui ad avvicinarti al buco nero. Quando superi l’orizzonte degli eventi, il tuo destino è segnato. Oltre questo confine, nemmeno la luce può fuggire. Quindi, dal momento in cui oltrepassi questo punto, nessuna informazione su di te può raggiungere chi è all’esterno del buco nero. Se qualcuno stesse ad osservare, vedrebbe solo il tuo progressivo rallentamento e infine la tua sparizione. Continuando il tuo viaggio verso il centro del buco nero, la gravità continua ad aumentare, e la densità alla quale sei sottoposto diventa sempre più estrema. La tua massa si comprime in uno spazio sempre più piccolo, fino a raggiungere la singolarità al centro del buco nero, dove la densità diventa infinita. A questo punto, secondo le attuali comprensioni scientifiche, la tua storia nello spazio-tempo giungerebbe a una fine drammatica. Tutto ciò che resterebbe di te sarebbe concentrato in un punto di infinita densità al centro del buco nero.
I buchi neri costituiscono una delle meraviglie più affascinanti che l’universo ci ha regalato: voragini spazio-temporali che inghiottono tutto ciò che incontrano e che custodiscono gelosamente i misteri che li avvolgono. Numerose teorie cercano di spiegare cosa si trovi al di là di quella barriera che non lascia sfuggire nulla.
Alcuni ipotizzano che un buco nero possa fungere da ingresso a un wormhole, un tunnel ipotetico nello spazio-tempo che connette due regioni distinte dell’universo. Altri sostengono che ogni buco nero sia correlato a un “buco bianco”, un’entità esclusivamente teorica con proprietà opposte a quelle dei buchi neri: il buco bianco ha un campo gravitazionale contrario, respinge anziché attrarre la materia. Tutte le teorie che orbitano attorno ai buchi neri possono essere considerate valide.
Per un certo periodo, anche i buchi neri sembravano essere entità esclusivamente teoriche e fantascientifiche, quindi nessuna di esse è da escludere. Per ora, ci limitiamo a guardare verso il cielo e a riflettere sul fatto che qualche stella dispersa nell’universo stia venendo disintegrata da uno di questi giganti. Siamo talmente affascinati dalla natura oscura di questi colossi cosmici che svelarne ogni singolo aspetto e dettaglio potrebbe togliere quel fascino misterioso che li avvolge.