Buchi neri e orizzonte degli eventi sono argomenti molto affascinanti. Un buco nero supermassivo è allo stesso tempo terrificante e affascinante.
Un enigma dell’universo dove tutto si deforma e lo spazio si distorce. Si dice, che cadendoci dentro si esca da qualche altra parte nell’universo, un sogno della fantascienza. Questi buchi neri sono veri e sono dei veri mostri che non potranno mai smettere di impaurirci.
Vi siete mai chiesti che cosa accadrebbe se guardassimo uno di questi buchi neri da vicino? Se fosse possibile poter viaggiare intorno ad un buco nero e guardarlo da vicino, potremmo assistere alla distorsione gravitazionale della luce. Un esperienza spettacolare che si verifica all’interno di un buco nero supermassivo che si trova nella via lattea.
Indice
Che cosa sono e dove si trovano i buchi neri
Il buco nero più “vicino” a noi si trova nella via lattea in una costellazione che viene chiamata Sagittarius (Costellazione del Sagittario). Questo buco nero in questa costellazione è così lontano che se una nostra sonda spaziale viaggiasse alla velocità della luce ci impiegherebbe circa 26,000 anni per raggiungerlo.
Nel suo cammino, questa sonda dovrebbe superare migliaia di piccoli buchi neri che si crede esistano di ogni grandezza dalle dimensioni microscopiche fino alla grandezza di un pianeta. Questi buchi neri, si formano quando collassa una stella e un’altra ci finisce dentro. Inoltre, esistono i buchi neri supermassivi che si nascondono al centro delle galassie.
Molti buchi neri nascono quando una stella gigante muore. Se una stella collassa, tutto viene respinto e crea il più violento fuoco d’artificio dell’universo denominata “Supernova“. L’esplosione di una stella illumina in un attimo con la sua luce miliardi di stelle. Dopo l’esplosione, la gravità prende il controllo del nucleo della stella.
La stella prima o poi cederà sotto il peso della sua gravità. Ad un certo punto, in alcune stelle la compressione è così elevata che si arriva a poter comprimere insieme nel nucleo anche i neutroni e i protoni. Il passo successivo non è ancora molto chiaro. La gravità schiaccia insieme le particelle subatomiche in un modo che la scienza non sa ancora spiegare.
L’interno di una stella che collassa è qualcosa di inimmaginabile. Ci possono essere temperature e pressioni che non sarebbe nemmeno possibile misurarle talmente sono elevate. Servirebbero nuove leggi della fisica per spiegare ciò che accade in un buco nero. Sappiamo per certo che una stella gigante diventa una frazione della sua dimensione precedente.
Così tanta materia schiacciata in uno spazio così piccolo crea un campo gravitazionale talmente forte che nulla può sfuggirgli. Il risultato è un buco nero che alcuni sono all’incirca venti volte più grandi del sole. Al centro delle galassie i buchi neri crescono fino a diventare miliardi di volte più grandi.
Si meritano un appellativo speciale che è la più bella parola dell’astronomia; “Buco nero supermassivo“. Come dice la parola stessa, un buco nero così massiccio consuma una quantità super massiccia di materia e uno di questi si trova al centro della via lattea.
La potenza e il tempo in un buco nero supermassivo
Un buco nero supermassivo inghiotte tutti i tipi di gas ma se per caso una stella gli capita a tiro la divora. Il motivo per cui un buco nero riesce a contenere delle enormi quantità di materiali è che agisce come un compressore che schiaccia la materia in dimensioni quasi insignificanti. Il peso di un buco nero è pari alla somma di ciò che ha assorbito dagli inizi del nostro universo dopo miliardi di anni dalla sua nascita.
Il buco nero Sagittarius misura circa 4,6 milioni di volte la massa del nostro sole ma è solo venti volte più largo. Fuori dalla sua sfera buia ruota un velo luminoso di polvere e gas. Il tempo scorre diversamente vicino a un buco nero. Trascina con sé tutto lo spazio circostante e distorce lo spazio e il tempo.
Una parte misteriosa e profonda dell’universo che ha la forza di piegare lo spazio e il tempo. Gli scienziati immaginavano lo spazio come un palcoscenico dove ogni cosa faceva la sua parte e la genialità di Einstein è stata quella di capire che lo spazio era solo un altro attore di questo palcoscenico.
Crediamo che lo spazio sia solo qualcosa che ci circonda ma è un vero e proprio elemento che ha una componente fisica.
La luce in un buco nero supermassivo
La luce attraversa un buco nero in linea retta e si piega, ma non è che lo faccia davvero, è lo spazio in cui viaggia che si curva. L’immensa gravità intorno a un buco nero deforma il tessuto spaziale e ogni cosa, compresa la luce, viene distorta.
Anche lo spazio deve seguire la stessa curvatura ma la cosa eccezionale è che la gravità non deforma solo la luce che va verso il buco nero, ma anche la luce più lontana viene curvata.
Questo è il motivo per cui avviene una distorsione luminosa delle stelle che fanno da sfondo al buco nero.
Il tempo
Un buco nero non deforma soltanto lo spazio ma anche il tempo. Se per ipotesi, possiamo mandare un oggetto all’interno di un buco nero, lo vedremo cadere sempre più lentamente perché il suo tempo rallenta sempre di più avvicinandosi al suo centro. Un concetto strano che è difficile comprenderlo fino in fondo ma è ciò che i diagrammi e la fisica ci insegnano.
Noi concepiamo il tempo come ore, minuti e secondi e ci sembra inequivocabile ma il tempo in realtà è relativo. Cambia rispetto a dove siamo. Se la gravità piega lo spazio, allora piega anche il tempo. Più è forte la gravità, più il tempo viene distorto. Il tempo non scorre allo stesso modo in tutti i punti di un campo gravitazionale.
Più si è in basso verso il centro di gravità, più il tempo rallenta ma oggi abbiamo orologi che sono molto precisi nel dirci la differenza temporale tra chi è in un sotterraneo e chi si trova su un attico. Si tratta di una realtà, il tempo scorre più in fretta su un attico che in un sotterraneo.
Ad esempio, vivere all’ultimo piano di un palazzo ci rende qualche miliardesimo di secondo più vecchi rispetto a chi si trova al piano terra di una casa. Succede perché più è forte la gravità, più il tempo rallenta. Più ci si avvicina ad un buco nero supermassivo, più si comincia a viaggiare nel tempo. Sicuramente è difficile abituare la mente a questo concetto di spazio tempo.
Più la morsa della gravità aumenta, più il tempo scorre sempre più lentamente ma l’aumento della gravità produce un altro effetto; accelera la caduta di oggetti all’interno di un buco nero. I buchi neri sono strani, sotto ogni aspetto. Ciò che fanno è davvero bizzarro, ma la cosa più incredibile è la loro capacità di trascinare spazio e tempo.
La relatività generale ci insegna che ogni oggetto rotante che ha una massa come la terra dovrebbe muovere lo spazio intorno a sé con un effetto di trascinamento. Dunque, se prendiamo l’esempio di gravità estrema del buco nero e osserviamo l’effetto di trascinamento parliamo di una regione dove tutto lo spazio intorno viene trascinato così violentemente che è impossibile rimanere fermi.
I quasar possono creare enormi falle nelle galassie e impedire la formazione delle stelle ma lanciando materiale attraverso lo spazio possono al tempo stesso contribuire alla creazione di nuove stelle. I buchi neri sono distruttori. Se qualcosa o qualcuno casca al loro interno, di sicuro non farà una bella fine.
L’orizzonte degli eventi
Si crede che i buchi neri abbiano un ruolo centrale nell’evoluzione dell’universo. Senza i buchi neri, il nostro sistema solare non si sarebbe mai formato ma se il nostro sistema solare si fosse trovato nel mirino di un quasar, sarebbe stato distrutto. I buchi neri hanno il famoso “orizzonte degli eventi” ed è il punto dove nulla può sfuggire alla forza gravitazionale che attira verso di se.
Opera propria basata su: File:Ergosphere of a rotating black hole.PNG, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46233629
Una volta giunti all’orizzonte degli eventi è un po come superare il limite di una cascata, infatti, non si potrà più tornare indietro. L’orizzonte degli eventi e il punto dove lo spazio curva verso l’interno. Sull’orizzonte degli eventi il tempo si ferma completamente e tutto ciò che si può trovare sull’orlo di un buco nero o nei suoi paraggi sembrerà come “congelato”.
Vicino all’orlo di un buco nero il tempo sembra rallentare fino a fermarsi e gli oggetti sembrano cambiare colore. Cadere in un buco nero comporta uno spostamento verso il rosso. La luce che proviene dall’oggetto perde energia perché deve arrampicarsi a questo pozzo gravitazionale per tentare di uscire dal buco nero.
Lo stesso fenomeno avviene con il suono. Quando una sirena passa vicino a noi, le onde sonore si comprimono e appena la sirena va via si distendono. Il suono e la luce viaggiano su onde ma invece di cambiare tono, le onde della luce cambiano colore. Risalendo la gravità di un buco nero, le onde luminose si distendono e diventano rosse.
Per questo i buchi neri sembrano qualcosa di fantascientifico ma il vero universo è più strano della fantascienza. Non sappiamo esattamente cosa accada sull’orizzonte degli eventi di un buco nero.
Che cosa succede attraversando un buco nero
Se si attraversa un buco nero, c’è gente che crede che non succederà assolutamente nulla. Altri invece, pensano che si venga polverizzati. La cosa assurda, è che se qualcuno potesse davvero saltare in un buco nero lo saprebbe ma non potrebbe raccontarlo a nessuno. La cosa frustrante dei buchi neri è che a causa dell’orizzonte degli eventi, la luce non può trasmettere dopo aver superato la sua soglia.
Anche con il telescopio più all’avanguardia, è molto difficile osservare e sapere cosa accade sull’orizzonte degli eventi. Solo da poco siamo riusciti a fotografare un buco nero. In futuro, sicuramente riusciremo a saperne molto di più sui buchi neri. Che cosa succede attraversando un buco nero, è una domanda che molti si pongono ma ancora oggi non si può dare una risposta certa a questa domanda.
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