Buco nero
Un buco nero è un corpo celeste con un'attrazione gravitazionale enorme. La forza di gravità del buco nero è determinata dall'elevata densità della sua massa che si trova concentrata in un volume ristretto dello spazio.
L'attrazione gravitazionale di un buco nero è così elevata che nessun corpo nelle sue vicinanze, entro il cosiddetto orizzonte degli eventi, riesce a sfuggire o allontanarsi. Nemmeno la luce sfugge al suo campo gravitazionale.
La velocità di fuga dal buco nero è pari o superiore alla velocità della luce e impedisce a quest'ultima di allontanarsi. Per questa ragione il luogo in cui è presente il fenomeno viene definito "buco nero" ( black hole ).
Come si presenta un buco nero
Agli occhi di un osservatore esterno la luce intorno al buco nero appare distorta e ricurva su se stessa. Il centro del buco nero è invece invisibile dall'esterno e appare come un cerchio nero o una sfera scura, non potendo fuoriuscire la luce dall'interno.
Il termine buco nero ( black hole ) è stato utilizzato per la prima volta dallo scienziato J.A. Wheeler nel 1967. In precedenza gli astrofisici definivano il fenomeno del buco nero con il termine dark star ( stelle oscure ) o black star ( stelle nere ).
La forza gravitazionale del buco nero forma nella zona circostante una nube di materia e gas a forma circolare, detta disco di accrescimento.
Cos'è il disco di accrescimento?
Il disco di accrescimento è una nube intorno al buco nero dove ruotano la materia e i gas attratti dalla forza gravitazionale del buco nero. È una zona particolarmente calda, poiché la velocità di rotazione del buco nero provoca l'attrito tra le particelle e l'aumento della temperatura.
E' detto di accrescimento in quanto il buco nero si alimenta della materia e dei gas presenti nel disco. Una parte della materia e dei gas oltrepassa l'orizzonte degli eventi, cadendo all'interno del buco nero. Un'altra parte della materia, invece, continua a ruotare intorno al black hole oppure viene lanciata verso l'esterno a grande velocità.
Il disco di accrescimento è una zona visibile del buco nero, agli occhi di un osservatore esterno, poiché si trova nella zona al di fuori dell'orizzonte degli eventi.
Cos'è l'orizzonte degli eventi?
L'orizzonte degli eventi è una zona dello spazio intorno al buco nero oltre il quale gli eventi non sono più osservabili da un osservatore esterno.
La forza di gravità del buco nero è enorme e anche la luce subisce la sua forza di attrazione gravitazionale, curvando su se stessa.
Come un buco nero deforma lo spazio-tempo
Un buco nero deforma lo spaziotempo che lo circonda quanto maggiore è la sua compattezza. Quanto più una particella si trova vicino all'orizzonte degli eventi de buco nero, tanti meno percorsi di allontanamento esistono. Oltre l'orizzonte tutti i percorsi conducono verso il centro del buco nero.
Ad esempio, la particella A può avvicinarsi o allontarsi al buco nero. La particella B è più vicina e ha minori possibilità di allontanarsi rispetto a B. Lo spazio-tempo si è deformato. La particella C si trova dentro il buco nero dove lo spazio-tempo è ulteriormente deformato e non ci sono più vie di allontanamento.
Qual è la dimensione di un buco nero?
Possono esistere buchi neri di diversa dimensione, piccoli come un atomo oppure grandi come un sistema planetario. I buchi neri più grandi sono detti supermassicci e si trovano al centro delle galassie.
Perché si chiama buco nero
Il termine black hole è stato usato per la prima volta dal fisico John Archibald Wheeler. In precedenza questi fenomeni erano definiti stelle nere (dark stars o black stars). Il termine buco può essere fuorviante.
Una parte della letteratura scientifica lo identifica con il concetto di porta o di passaggio. In realtà si tratta soltanto di un corpo dotato di massa elevata e volume infinitamente piccolo.
È invece interessante lo studio della curvatura dello spaziotempo che si crea nelle sue vicinanze. Su questa materia la conoscenza umana è ancora teorica.
Perché la forza di gravità di un buco nero è enorme
Il buco nero è un oggetto molto denso in cui una grande quantità di massa è concentrata in volume ristretto dello spazio. L'enorme forza gravitazionale del buco nero è determinata dalla quantità di massa al suo interno.
Come nasce un buco nero
La compattezza di un corpo è calcolata rapportando il raggio del corpo con il raggio critico di Schwarzschild. Se il corpo crolla al di sotto del raggio di Schwarzschild ha inizio un processo di collasso. Il corpo tende a concentrarsi su se stesso fino a formare un buco nero.
Le radiazioni della stessa dapprima continuano a espandersi in forma lineare in tutte le direzioni (rendendo la stella morente visibile) poi, all'aumentare del raggio in contrazione, le radiazioni iniziano a curvare per via della maggiore attrazione gravitazionale del corpo.
Nel corso del processo la maggior parte dei fotoni emessi dalla stella ricade su di essa creando un effetto a fontana. Al termine di tutto i fotoni non riescono più ad abbandonare il corpo, formando in tal modo un buco nero.
Come si rileva un buco nero
Un corpo celeste con questa proprietà è invisibile agli strumenti ottici. La luce emessa dalla stella collassata non riesce ad allontanarsi, mentre quella di passaggio nelle sue vicinanze viene catturata dalla sua forza gravitazionale. La presenza di un buco nero può essere rilevata solo indirettamente, osservando gli effetti del suo immenso corpo gravitazionale sui corpi celesti presenti nelle vicinanze.
- Cos'è la radiazione di Hawking? Secondo la teoria del fisico Stephen Hawking, i buchi neri emettono continuamente una radiazione in uscita. Questa radiazione tende a farli sgonfiare nel corso del tempo, fino a farli scomparire del tutto.
- Cos'è il paradosso delle informazioni? Se il buco nero è destinato a svanire a causa dell'emissione delle radiazioni, tutte le informazioni sulla materia caduta al suo interno sono perdute per sempre. Questo fenomeno è detto paradosso delle informazioni del buco nero.
- Qual è la dimensione massima di un black hole? Secondo una ricerca, un buco nero supermassivo non può crescere oltre 50 miliardi di masse solari. Oltre questa soglia il disco di accrescimento collassa al suo interno provocandone la distruzione ( fonte: A.King - Università di Leicester 2015/12 ).
