Quanto sono vasti i buchi neri?

I buchi neri sono tra i corpi celesti più affascinanti del cosmo. La scorsa settimana, un gruppo di astronomi ha pubblicato un documento che riporta una rara collisione tra questi mostri cosmici, la quale ha prodotto un lampo di luce che ha permesso agli scienziati di vedere l’evento dalla Terra.

Alexander Vilenkin, professore di Scienze evoluzionistiche nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Tufts, ha studiato per decenni la cosmologia teorica, compresa l’energia oscura, le stringhe cosmiche e il multiverso. Se qualcuno può aiutare a svelare un po’ del mistero che aleggia intorno ai buchi neri, egli è tra i candidati.

QUANTO SONO VASTI? 

I buchi neri vengono solitamente misurati in base alle loro dimensioni, alla massa o alla quantità di materia. Un buco nero di medie dimensioni può avere una massa venti volte maggiore del Sole. Tuttavia, l’attrazione gravitazionale all’interno di un buco nero è così forte che condensa tutta quella massa in una palla con un diametro di poco più di 30 chilometri. I buchi neri supermassicci sono i più grandi. Questi colossi possono arrivare a misurare una massa di un miliardo di soli con un diametro delle dimensioni del nostro sistema solare. L’orizzonte degli eventi in questi casi arriva a misurare anche un miliardo di chilometri. Ogni grande galassia, compresa la Via Lattea, ha almeno un buco nero supermassiccio nel suo centro.

Il buco nero all’interno della nostra galassia è piuttosto piccolo, misurando solo alcuni milioni di masse solari. Il più piccolo mai registrato è praticamente minuscolo: appena quattro volte la massa del nostro sole.

FUSIONE

“I buchi neri non troppo distanti tra loro tendono ad avvicinarsi sempre di più“, ha spiegato Vilenkin. “Quello che succede è che si attaccano l’un l’altro gravitazionalmente, e iniziano a ruotare l’uno attorno all’altro. Formano un sistema binario, e mentre ruotano, perdono gradualmente la loro energia a causa delle radiazioni gravitazionali. Si avvicinano sempre di più e ruotano l’uno attorno all’altro sempre più velocemente. Alla fine si fondono“, dice lo scienziato.
Finora non sono state osservate collisioni di buchi neri supermassicci, ma gli astronomi hanno osservato collisioni di buchi neri molto più piccoli.

Non possiamo vedere una tale collisione attraverso un telescopio, non importa quanto sia potente, perché nessuna luce può sfuggire da un buco nero. Tuttavia, utilizzando strumenti molto sensibili – e molto grandi – chiamati rivelatori di onde gravitazionali, gli scienziati possono rilevare e misurare le onde gravitazionali emesse. Le onde sono come increspature nello spazio-tempo e i dati raccolti raccontano la storia di ciò che sta accadendo a milioni o miliardi di anni luce di distanza.

“Le onde gravitazionali emesse mentre i buchi neri stanno orbitando nei loro sistemi binari sono in genere troppo deboli per essere rilevate. Ma questa dose finale di radiazione quando i buchi neri stanno per fondersi e quando alla fine si fondono per formare un buco nero più grande, è stato osservato molte volte“, ha detto.

L’ORIZZONTE DEGLI EVENTI 

I buchi neri hanno quello che viene chiamato orizzonte degli eventi. In sostanza la superficie del buco nero. Nulla può sfuggire, nemmeno la luce, quindi cosa accadrebbe se un’astronave attraversasse questo punto? Ipotizziamo che l’astronave trasmetta impulsi di luce verso di noi. Avvicinandosi a quel punto, questi diverrebbero sempre più deboli e gli intervalli sempre più lunghi. “La vedremmo come se fosse congelata“, spiega Vilenkin. Non vedremmo mai l’entrata sotto l’orizzonte, perché la luce non riuscirebbe a fuoriuscire, ma gli eventuali astronauti non noterebbero nulla di particolare.
Tuttavia, una volta sorpassato l’orizzonte non potrebbero far ritorno; potrebbero solo muoversi verso il centro del buco nero. La gravità diverrebbe sempre più forte e distorcerebbe le immagini in una direzione; l’astronave assumerebbe una forma allungata e alla fine arriverebbe al punto centrale, detto singolarità, dove la curvatura dello spazio-tempo diviene infinita. “In realtà – sostiene il ricercatore – l’astronave verrebbe distrutta molto prima di questo punto”. Ma quando si parla di questi oggetti poco conosciuti, è doveroso ipotizzare…e sognare.