Buchi neri

Che cos'è un buco nero?

Un buco nero è un luogo in cui una grande quantità di massa è stata compressa in uno spazio minuscolo. Il risultato è una gravità così forte che, oltre un certo confine, nulla può risalire, nemmeno la luce.

Poiché nessuna luce sfugge, il buco nero in sé è invisibile. Li troviamo osservando cosa accade attorno a loro: stelle che orbitano attorno a qualcosa di invisibile, oppure gas che si riscalda e brilla mentre spiraleggia verso l'interno.

L'idea nasce dalla teoria della relatività generale di Einstein, che descrive la gravità come la curvatura dello spazio e del tempo prodotta dalla massa. Vicino a un buco nero, quella curvatura diventa estrema.

L'orizzonte degli eventi

L'orizzonte degli eventi è il bordo di un buco nero. Al di fuori, un oggetto abbastanza veloce può ancora allontanarsi. Al suo interno, la velocità necessaria per fuggire sarebbe superiore a quella della luce, che nulla può raggiungere.

Non è una superficie solida. Un viaggiatore non sentirebbe nulla di particolare nell'attraversarlo, ma da quel momento non ci sarebbe più modo di tornare indietro.

Le dimensioni dell'orizzonte dipendono dalla massa. Per un buco nero con la massa del Sole sarebbe largo solo circa 6 km. Per Sagittarius A* è largo circa 24 milioni di km, meno dell'orbita di Mercurio.

Buchi neri stellari e supermassicci

I buchi neri stellari si formano quando una stella molto massiccia esaurisce il combustibile e il suo nucleo collassa, di solito in un'esplosione di supernova. In genere pesano da circa 5 a diverse decine di volte il Sole. La nostra galassia potrebbe contenerne circa 100 milioni, anche se ne sono stati trovati solo pochi.

I buchi neri supermassicci hanno masse da milioni a miliardi di volte quella del Sole e si trovano al centro della maggior parte delle grandi galassie. Come siano diventati così grandi così presto nella storia cosmica è ancora oggetto di ricerca attiva.

Gli astronomi cercano anche buchi neri di massa intermedia, a metà tra questi due gruppi, e sono stati segnalati alcuni buoni candidati.

Sagittarius A*, il centro della nostra galassia

Nel cuore della Via Lattea, a circa 27.000 anni luce in direzione della costellazione del Sagittario, si trova un buco nero supermassiccio chiamato Sagittarius A* (si legge A stella). Ha una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole.

La sua esistenza è stata dimostrata seguendo per molti anni le stelle che gli sfrecciano attorno su orbite strette. Reinhard Genzel e Andrea Ghez, che hanno guidato quegli studi, hanno condiviso per questo lavoro il premio Nobel per la fisica 2020.

Al momento Sagittarius A* è piuttosto tranquillo. Non sta inghiottendo molto materiale, quindi brilla solo debolmente rispetto ai nuclei luminosi di altre galassie.

Le prime immagini

Ad aprile 2019 la collaborazione Event Horizon Telescope ha diffuso la prima immagine di un buco nero: M87*, al centro della galassia Messier 87, a circa 55 milioni di anni luce e con una massa di circa 6,5 miliardi di volte quella del Sole.

L'Event Horizon Telescope non è una singola antenna ma una rete di radiotelescopi sparsi nel mondo che lavorano insieme, e che si comporta come un telescopio grande quanto la Terra.

L'immagine mostra un anello luminoso di gas caldo attorno a un centro scuro, l'ombra del buco nero. A maggio 2022 lo stesso gruppo ha diffuso un'immagine di Sagittarius A*, sorprendentemente simile pur essendo circa 1.500 volte meno massiccio. Questa somiglianza è proprio ciò che prevede la relatività generale.

Onde gravitazionali

Einstein previde che le masse in movimento creano increspature nello spazio e nel tempo chiamate onde gravitazionali. Quando raggiungono la Terra sono incredibilmente deboli.

Il 14 settembre 2015 i due rivelatori LIGO negli Stati Uniti hanno captato per la prima volta un segnale di questo tipo. Proveniva da due buchi neri, di circa 29 e 36 masse solari, che spiraleggiavano l'uno verso l'altro fino a fondersi a circa 1,3 miliardi di anni luce. La scoperta ha vinto il premio Nobel per la fisica 2017.

Da allora LIGO, Virgo in Italia e KAGRA in Giappone hanno registrato centinaia di fusioni, trasformando le onde gravitazionali in un nuovo modo per studiare i buchi neri.

Miti comuni

Mito: i buchi neri risucchiano tutto. In realtà, da una distanza di sicurezza un buco nero attrae esattamente come qualsiasi oggetto della stessa massa. Se il Sole fosse sostituito da un buco nero di massa uguale, la Terra manterrebbe la stessa orbita, anche se diventerebbe molto fredda e buia.

Mito: i buchi neri sono aspirapolvere cosmici che vagano per la galassia. Il buco nero più vicino conosciuto si trova a più di 1.500 anni luce e non rappresenta alcun pericolo per noi.

Mito: i buchi neri sono buchi. Sono in realtà concentrazioni di materia estremamente dense. Molti ruotano, e alcuni lanciano potenti getti di particelle che si estendono ben oltre le galassie che li ospitano.