Buchi neri

Profondo universo

BUCHI NERI

L’esistenza dei buchi neri è stata teorizzata già agli inizi del 1900 da esimi scienziati tra i quali ricordiamo John Archibald Wheeler, Robert Oppenheimer, Arthur Eddington Albert Einstein ecc. Negli anni successivi molti scienziati hanno raccolto importanti indizi a supporto dell’ esistenza di questi misteriosi oggetti celesti. Nell’ ordinamento scientifico , al contrario di quello giudiziario, molti indizi non fanno una prova e per convalidare un fenomeno fisico occorre ben altro “rigor scientifico”. Allo stato dell’ arte, quindi, l’esistenza dei buchi neri è ancora solo teorica anche se ormai accettata dalla maggior parte della comunità scientifica al qui’ interno però non mancano gli scettici ed oppositori. Insomma possiamo dire che la discussione è ancora aperta in attesa di ulteriori sviluppi.

Di seguito riportiamo quella che ci sembra la teoria più accreditata

Probabilmente una stella molto massiccia, con massa superiore a 2,5 masse solari , nella fase finale della sua evoluzione, dà luogo all'oggetto più strano e affascinante del cosmo: un buco nero. Il nucleo della stella collassa sotto il proprio peso e diventa tanto più piccolo e denso quanto maggiore era la massa della stella collassata.
La materia così compressa si trova in uno stato totalmente sconosciuto che le leggi della fisica perdono significato.
La gravità di un buco nero, infatti, è così grande da comprimere la materia che lo compone fino ad una densità praticamente infinita e la forza di attrazione gravitazionale aumenta a tal punto che qualunque cosa vi passi nelle vicinanze, viene attratta e finisce inesorabilmente per finirvi dentro senza poterne più uscire.
La velocità di fuga del nucleo aumenta a tal punto che nemmeno la luce, che viaggia alla velocita di circa 300.000 m/s, può sfuggire e quindi non potendo emettere radiazione, esso diventa completamente oscuro (da qui il nome di buco “nero”).
Anche se in realtà un buco nero non ha dimensioni, attorno al suo nucleo si può osservare una superficie, ben delimitata, che prende il nome di "orizzonte degli eventi" e che rappresenta il punto di non ritorno per la materia che lo attraversa. La posizione dell'orizzonte degli eventi, cioè la sua distanza dal nucleo, viene definita come raggio critico e dipende dalla massa del buco nero. Buchi neri con massa maggiore hanno un raggio critico minore e viceversa.
Si è calcolato che un buco nero con massa pari a quella del nostro Sole avrebbe un raggio critico di circa 3 Km.
Un raggio di luce che passa poco al di fuori di questa regione, viene fortemente incurvato dalla forza gravitazionale del buco nero, ma riesce comunque a proseguire il suo cammino. Se invece vi entra, non può più uscirne.
I buchi neri sono gli unici oggetti celesti che non possono essere studiati direttamente in alcun modo, dato che non emettono radiazione di nessun tipo. Solo le nostre conoscenze di fisica e matematica ci permettono di immaginare come sono fatti. La loro esistenza, infatti, è prevista dalla teoria della Relatività generale di Einstein.

Tuttavia, esistono delle evidenze indirette dell'esistenza dei buchi neri.

Quando un buco nero fa parte di un sistema binario di stelle, esso strappa il gas più esterno della compagna e lo risucchia. Questo gas si mette in rotazione, formando un disco attorno al buco nero, che ruota anch'esso sul proprio asse.
Misurando la velocità del gas del disco di polvere che circonda il buco nero si può calcolare quanto è intenso il campo gravitazionale del buco nero e quindi conoscere la sua massa. Questo disco, pian piano cade dentro al buco nero.
Durante la caduta, la materia raggiunge altissime temperature ed emette raggi X: è proprio attraverso questa radiazione che un buco nero può essere rivelato. Un esempio è la sorgente di raggi X detta Cygnus X-1, che si trova nella costellazione del Cigno. Si tratta di una coppia di stelle: una gigante e un buco nero. Quest’ ultimo risulta avere una massa di 14,8 masse solari e il suo “orizzonte degli eventi”, ruota più di 800 volte al secondo.

Un altro fenomeno che permette di scorgere indirettamente un buco nero è l'effetto di "lente gravitazionale" che esso esercita sulla luce.
In fisica, in particolare nella teoria della relatività generale, una lente gravitazionale è un fenomeno caratterizzato dalla deflessione della radiazione emessa da una sorgente luminosa a causa della presenza di una massa posta tra la sorgente e l'osservatore. In condizioni normali, una radiazione luminosa percorre una traiettoria rettilinea; quella che passa abbastanza vicino ad un buco nero, invece, viene incurvata a causa del suo intenso campo gravitazionale.
Ne deriva che se un buco nero si trova frapposto tra noi ed un altro oggetto luminoso, per effetto della lente gravitazionale, vedremmo due o più immagini ravvicinate dello stesso oggetto (vedi figura a lato).

Nella foto della Nasa, quì a lato, si vede l'immagine multipla di un oggetto lontanissimo dello spazio, il quasar "G2237 +0305" che si trova mella costellazione di "Pegaso".
Una lente gravitazionale costituita da una galassia particolarmente massiccia chiamata "ZW 2237 +030", si trova tra noi e il quasar, producendo quella che viene detta "croce di Einstein".
Al centro è visibile l' immagine della galassia, mentre i quattro oggetti laterali sono le immaggini distorte dello stesso oggetto, appunto il quasar, che si trova dietro la galassia.
L’ immagine prende il nome dal fisico Albert Einstein, il quale intorno al 1915 postulò l’esistenza di tali oggetti a forma di croce e ne considerò l’osservazione come possibile verifica sperimentale della teoria sulla relatività generale.

La foto, quì a lato è stata scattata il 10 Aprile 2019 ed è la prima prova visiva diretta di un buco nero. Si tratta dell’immagine dell’orizzonte degli eventi del buco nero supermassiccio, con una massa equivalente a 6,5 miliardi di masse solari, che si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra, al centro della galassia Messier 87.
La foto è stata ottenuta con la tecnica interferometrica che ha permesso di raggiungere una risoluzione più che doppia rispetto alle precedenti osservazioni.
Ad ottenere questa storica "fotografia" sono stati gli scienziati della collaborazione internazionale EHT Event Horizon Telescope, cui partecipano ricercatrici dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dell’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica. EHT è una rete distribuita su tutta la Terra, composta di un insieme di radiotelescopi che lavorano in modo coordinato così da costituire un unico strumento di dimensioni globali con sensibilità e risoluzione senza precedenti.
Progettato proprio allo scopo di catturare l’immagine di un buco nero La collaborazione EHT, presenta, quindi, il coronamento del suo principale obiettivo scientifico.
Il risultato è descritto in sei articoli scientifici pubblicati su The Astrophysical Journal Letters.

Si ritiene che i buchi neri siano gli oggetti più massicci dell'universo. In base alla loro massa e considerando la massa del Sole (simbolo M☉ ) che di ≈ 1,98892 × 10³⁰ kg (332.946 volte la massa della Terra) si ipotizzano tre tipologie di buchi neri:
Stellari: con masse non superiori a 15 M☉, che nascono dal collasso di stelle massicce giunte alla fase terminale della loro evoluzione stellare.
Di massa intermedia: masse comprese tra 100 e 10 000 M☉ e posti al centro di alcuni ammassi globulari.
Supermassicci: con masse milioni di volte quella del Sole e posti al centro delle galassie.