I buchi neri, strappi nel tessuto spazio-temporale

Che cos’è un buco nero? Possiamo provare a immaginarlo come un foro o uno strappo nel tessuto spazio-temporale che risucchia la materia e le radiazioni che si avvicinano troppo entro un certo limite.

Possiamo immaginare che il buco nero sia vuoto, ma ci inganniamo, esso è, in realtà, una zona dello spaziotempo che racchiude una grande quantità di materia in un’area estremamente piccola chiamata singolarità.

Ad esempio, una stella di dieci masse solari schiacciata in una sfera approssimativamente del diametro di una città come New York produce un campo gravitazionale cosi intenso che la velocità necessaria per sfuggirgli è superiore alla velocità della luce, che rappresenta la velocità limite nell’universo che nessun oggetto fatto di materia può superare o raggiungere.

Negli ultimi anni, telescopi, radiotelescopi ci hanno descritto una nuova immagine di questi mostri cosmici, considerati da molti gli oggetti più affascinanti e misteriosi del cosmo.

L’idea che esistessero “strappi” nel tessuto spazio-temporale non è recente, ma è stata formulata diversi decenni fa. Questi oggetti super compressi sono previsti dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein scritta oltre 100 anni fa.

Secondo Einstein, quando una stella massiccia smette di produrre energia collassa su se stessa cedendo all’immenso campo gravitazionale generato dalla sua stessa massa lasciando un piccolo nucleo estremamente denso.

Strappi nel tessuto spazio-temporale

Se la massa del nucleo è superiore a circa tre volte la massa del Sole, come le equazioni della relatività di Einstein dimostrano, la gravità che è la forza più debole tra quelle esistenti in natura, sovrasta tutte le altre e produce uno strappo nel tessuto spazio-temporale, meglio noto come “buco nero”.

Non possiamo “vedere” direttamente i buchi neri, tuttavia sappiamo che ci sono per l’effetto che producono sul tessuto spazio-temporale e sulla materia circostante.

Se uno di questi oggetti si avvicina troppo a una nuvola di polvere interstellare, o a una stella, attirerà parte di quella materia o parte della stella verso di se in un processo di “accrescimento” che ne aumenta la massa e il raggio dell’orizzonte degli eventi che lo separa dallo spazio esterno.

La materia attratta verso il buco nero forma un disco di accrescimento che accelera e riscaldandosi emette raggi X che si irradiano nello spazio circostante.

La maggior parte dei buchi neri si formano da ciò che resta di una grande stella che conclude il suo ciclo vitale trasformandosi in una supernova (le stelle più piccole diventano invece stelle di neutroni ultra dense, e non essendo abbastanza massicce non diventano buchi neri).

I buchi neri più grandi possono formarsi attraverso collisioni stellari. Poco dopo il suo lancio nel dicembre 2004, il telescopio Swift della NASA ha osservato potenti emissioni di lampi gamma. Chandra e il Telescopio Spaziale Hubble della NASA in seguito hanno raccolto dati dal “bagliore” dell’evento.

Le osservazioni hanno portato gli astronomi a concludere che queste potenti esplosioni possono verificarsi quando un buco nero e una stella di neutroni si scontrano, distorcendo il tessuto spazio-temporale fino a produrre un buco nero.

Sebbene il processo di formazione dei buchi neri sia ben compreso, rimane un mistero che la scienza non ha ancora svelato: come mai questi oggetti esistono in due scale molto differenti tra loro?

Nascita dei buchi neri super massicci

Da una parte abbiamo i buchi neri di massa stellare, resti di enormi stelle con masse comprese tra le 10 e le 24 masse solari, e dall’altra abbiamo i cosiddetti buchi neri “super massicci”, milioni, o più spesso miliardi di volte più massicci di stelle come il Sole.

Gli astronomi sospettano che i buchi neri super massicci (o super massivi) si trovino al centro di praticamente tutte le galassie conosciute. Persino la nostra galassia, la Via Lattea ne ha uno al centro chiamato Sagittarius A*. Questi giganteschi oggetti vengono rilevati osservando gli effetti delle distorsioni che producono sul tessuto spazio-temporale sulle stelle ed i gas vicini.

Gli astronomi hanno ritenuto per molto tempo che non esistessero buchi neri di dimensioni intermedie. Tuttavia, recenti prove ottenute dai dati raccolti da Chandra, XMM-Newton e Hubble rafforzano la teoria che esistano buchi neri di dimensioni intermedie.

Un possibile meccanismo che può portare alla nascita dei buchi neri super massicci comporta una serie di collisioni di stelle in ammassi stellari compatti che provoca l’accumulo di stelle estremamente massicce, che collassando forano il tessuto spazio-temporale generando buchi neri di massa intermedia.

Gli ammassi stellari quindi si stabiliscono al centro della galassia, dove i buchi neri di massa intermedia si fondono per generare infine un buco nero super massiccio.