I buchi neri sono spaventosi e alcuni degli oggetti più intriganti e misteriosi dell'Universo. Ma cos'è un buco nero? I buchi neri sono essenzialmente oggetti nello spazio che sono così enormi e densi che nulla può sfuggire alla loro attrazione gravitazionale, inclusa la luce (motivo per cui vengono chiamati nero buche). Questo porta ad alcuni scenari interessanti riguardanti la fisica nelle immediate vicinanze di un buco nero.
La teoria della relatività generale postula che qualsiasi cosa con massa curva il tessuto dello spaziotempo, e questa curvatura è ciò che conosciamo come gravità. L'esempio più popolare (e altamente descrittivo) per illustrare come funziona è quello di un foglio di gomma. Immagina di avere un grande foglio di gomma elastica che è allungato ragionevolmente insegnato. Questo foglio è una rappresentazione bidimensionale del tessuto dello spazio (che ha tre dimensioni, ma per semplicità e facilità di illustrazione ne useremo due). Se si posiziona un piccolo marmo sul foglio, si formerà una piccola rientranza nella gomma. Immagina che il marmo sia un pianeta e se hai uno di quei bei marmi a strisce di vetro, potrebbe persino assomigliare molto a Giove. Rotolando un piccolo ciottolo (che crea la propria, molto piccola rientranza) vicino al marmo, potresti notare le virate del ciottolo verso il rientro del marmo. In sostanza, il marmo sta tirando verso di sé il ciottolo a causa della sua gravità.
Ora, se metti una palla da bowling sul foglio, che è molto più massiccio, produce un rientro molto più grande che probabilmente intrappolerebbe il sassolino mentre rotolava. La palla da bowling rappresenterebbe molto bene qualcosa come una stella in questo esempio. Un buco nero è tutta la massa di una stella, ma in uno spazio molto piccolo, abbastanza per indentare il foglio di gomma abbastanza da non far rotolare nulla dal rientro del buco nero entro una certa distanza - non importa quanto velocemente lo fai andare - può scappare. L'area intorno a un buco nero da cui nulla può sfuggire è chiamata orizzonte degli eventi e quanto è grande questa area dipende dalla dimensione del buco nero stesso.
Un buco nero stellare si forma quando una stella che ha un nucleo al di sopra di circa 3 masse solari si avvicina alla fine della sua vita e i processi di fusione all'interno della stella non si spingono più sufficientemente contro l'attrazione verso l'interno della gravità, causando l'implosione della stella . Una volta che la materia all'interno della stella viene compressa al di sotto di un certo raggio - chiamato Raggio di Schwarzschild in onore del matematico che l'ha formulata - si forma un buco nero.
I buchi neri supermassicci sono quelli che si formano al centro delle galassie e possono variare tra i miliardi di masse solari. Ad esempio, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea ha una massa di circa 40.000 soli e la materia che lo circonda - chiamato "disco di accrescimento" - è un enorme 4 miliardi di soli. Come si formano i buchi neri supermassicci? Ecco un eccellente articolo dettagliato sui buchi neri supermassicci che analizza alcune delle teorie concorrenti sulla loro formazione.
I buchi neri sono disponibili in diverse dimensioni a seconda della loro massa. Ad esempio, se il Sole diventasse un buco nero (non lo sarà, poiché il suo nucleo è troppo piccolo) il raggio del buco nero sarebbe di circa 3 km (1,86 miglia). Se, attraverso una strana serie di circostanze, la Terra fosse compattata in uno spazio più piccolo del suo raggio di Scwarzschild, il buco nero avrebbe all'incirca le dimensioni di una nocciolina.
Al centro di un buco nero si trova quella che viene chiamata singolarità, dove la massa del buco nero è compressa a un volume pari a zero e la capacità della relatività generale di descrivere ciò che sta accadendo qui si rompe.
Come facciamo a sapere se esistono buchi neri, se non emettono luce? La prova dei buchi neri stellari viene dall'osservazione delle loro interazioni nei sistemi binari e i buchi neri supermassicci possono essere osservati usando i telescopi a raggi X, nonché attraverso la gravità che esercitano sulle stelle in una galassia.
Per saperne di più sui buchi neri, ci sono alcune risorse sul web. Per cominciare, Hubblesite ha un'enciclopedia eccellente, così come Stardate.org. Puoi anche dare un'occhiata al resto della nostra sezione sui buchi neri nella Guida allo spazio, o ascoltare i molteplici episodi di Cast di astronomia sull'argomento, come Episodi 18, o le domande mostrano su Black, Black Holes.
Fonti: NASA: Blackholes, NASA: Stars, Hyperphysics
