Non ci sono classi di oggetti nel nostro Universo più estremi dei buchi neri
Non ci sono classi di oggetti nel nostro Universo più estremi dei buchi neri.
Con così tanta massa presente in un così piccolo volume di spazio, creano attorno a loro una regione dove la curvatura dello spazio è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire dalla sua gravità una volta attraversato un certo confine. Quel confine è conosciuto come “orizzonte degli eventi“, e qualsiasi cosa attraversi l’orizzonte degli eventi non ne uscirà mai.
Queste conoscenze generiche hanno causato in molta gente un’immagine abbastanza scorretta dei buchi neri: l’idea generale è che i buchi neri attraggano e risucchino tutta la materia che si trova al di fuori del loro orizzonte degli eventi. Insomma, la maggior parte di noi pensa ad un buco nero come ad una sorta di aspirapolvere cosmico, capace di ingoiare praticamente ogni cosa che si trovi a passare nelle sue vicinanze. Anche la stessa NASA ha pubblicato video che illustrano questo effetto, ma è un’idea distorta. I buchi neri non aspirano.
È facile capire perché tutti pensano che i buchi neri risucchino qualsiasi cosa al loro interno: la gravità è una forza che attrae ed i buchi neri sono un’enorme quantità di massa stipata in un piccolo volume di spazio. Insomma, i buchi neri passano per essere le più mostruose mostruosità cosmiche presenti nell’intero universo. Quando un oggetto massiccio si avvicina a un buco nero, la maggior parte di noi pensa che accadano le seguenti cose:
Un buco nero è famoso per assorbire la materia e avere un orizzonte di eventi da cui nulla può sfuggire, e per cannibalizzare i suoi vicini. Ma non c’è alcun “succhiare” che lo abbia causato, semplicemente la distruzione della materia e un occasionale afflusso di materiale. – Immagine: NASA / CXC / UNH / D.LIN ET AL, OTTICO: CFHT, ILLUSTRAZIONE: NASA / CXC / M.WEISS
Non pensare a un aspirapolvere quando pensi ai buchi neri. Invece, è molto più preciso – e molto più divertente, pensare ai buchi neri come giganteschi Mostri mangiabiscotti cosmici.
Se hai una certa età avrai sicuramente visto in televisione il Cookie Monster mettere le mani sui biscotti, e saprai di cosa sto parlando. Certo, ogni biscotto nelle vicinanze si troverà nella zona vicino alla bocca del Cookie Monster. I biscotti vengono incanalati verso di esso. Ma la stragrande maggioranza della materia dei biscotti che si avvicina alla bocca del Cookie Monster non finirà per essere divorata; verrà, invece, sputato in tutte le direzioni, essendo stata accelerata da una varietà di forze caotiche.
Mentre un osservatore occasionale potrebbe pensare che Cookie Monster divora ogni briciola di ogni biscotto che osa avvicinarsi alla sua vicinanza, un osservatore attento noterà che praticamente nessuna particella di biscotto finisce per rimanere nella sua bocca. È un mangiatore estremamente disordinato che espelle praticamente ogni particella di materia che tenta di divorare, molto simile ai buchi neri in tal senso. – SESAME STREET / PBS
Questo potrebbe creare un po’ di confusione, ma pensiamoci un po’ più a fondo, a partire dal pianeta Terra. Come risponderesti se ti venisse posta la domanda, “la gravità della Terra aspira tutto ciò che le passa vicino?”
Certo, la risposta è chiaramente “no“. La Terra ha semplicemente la gravità che attrae le cose, distorcendo il tessuto dello spazio attorno ad esso e alterando i percorsi degli oggetti che passano nelle vicinanze. Se a quegli oggetti capita di colpire la Terra – colpendo l’atmosfera, gli oceani, o la superficie del nostro pianeta – cadranno dentro (o sopra) il nostro mondo, ma se non lo fanno, sfuggiranno dalla nostra attrazione gravitazionale. È un esercizio piuttosto semplice sia con Newton che con Einstein per dimostrare che questo è il caso, ed entrambi i geni si accordano perfettamente con ciò che osserviamo per quanto riguarda gli oggetti spaziali che colpiscono o mancano la Terra.
Inserire una massa in una griglia tridimensionale e vuota, fa sì che quelle che sarebbero state le linee “diritte” diventino invece curve di una quantità specifica. Nella Relatività Generale, consideriamo lo spazio e il tempo come continui, ma tutte le forme di energia, inclusa ma non limitata alla massa, contribuiscono alla curvatura dello spazio-tempo. Se dovessimo sostituire la Terra con una versione più densa, fino a includere una singolarità, la deformazione dello spazio-tempo mostrata qui sarebbe identica; solo all’interno della Terra stessa sarebbe notevole la differenza. – CHRISTOPHER VITALE DI NETWORKOLOGIES E PRATT INSTITUTE
Ora, immaginiamo lo stesso esatto enigma, solo che questa volta sostituiamo il vero, fisico pianeta Terra con un buco nero esattamente della stessa massa. Invece di occupare tutto il volume della Terra, creerebbe un orizzonte degli eventi che occuperebbe un volume di spazio di poco meno di 2 cm di diametro.
Ecco la cosa. Se esaminate il tessuto dello spaziotempo, scoprirete che al di fuori del volume che segnava il confine dell’atmosfera terrestre quando guardavamo il nostro pianeta così com’è oggi, la curvatura dello spazio è identica se sostituite la Terra con un buco nero. Tutti gli oggetti che mancherebbero il pianeta Terra senza impattarvisi mancheranno comunque questo buco nero che ha la stessa massa del pianeta Terra. Non c’è assolutamente alcuna forza di suzione o aspirazione. In effetti, molti degli oggetti che avrebbero colpito la Terra in precedenza ora mancheranno il buco nero. Solo i rari che attraverseranno l’orizzonte degli eventi – a soli 2 cm di distanza (contro i ~ 12.700 km della Terra attuale) – verranno inghiottiti.
Sia all’interno che all’esterno dell’orizzonte degli eventi, lo spazio scorre come una passerella mobile o una cascata, a seconda di come si desidera visualizzarlo. Nell’orizzonte degli eventi, anche correndo (o nuotando) alla velocità della luce, non si potrebbe vincere il flusso dello spaziotempo, che trascina nella singolarità al centro. Al di fuori dell’orizzonte degli eventi, tuttavia, altre forze (come l’elettromagnetismo) possono spesso superare l’attrazione gravitazionale, facendo sfuggire la materia. – ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSITÀ DEL COLORADO
Questa linea di ragionamento non si applica solo ai buchi neri della massa terrestre, ma a tutti i buchi neri nell’universo. Un buco nero con la massa del Sole avrà solo pochi chilometri di diametro: più piccolo di qualsiasi stella attuale, nana bianca, pianeta, o anche stella di neutroni esistente. Il buco nero al centro della Via Lattea, nonostante il peso di 4 milioni di Soli, sarà grande solo circa 18 volte il diametro del nostro Sole stesso.
Quando consideri quanto sia effettivamente grande lo spazio e quanta massa abbiano effettivamente i buchi neri puoi iniziare a capire che gli orizzonti degli eventi sono minimi. Sì, producono un sacco di attrazione gravitazionale nello spazio nelle loro vicinanze, ma questo fa sì che la materia intorno a loro acceleri rapidamente. Che ci crediate o no, questo in realtà contribuisce al fatto che i buchi neri divorano meno materia di quanto non farebbero se solo singole particelle isolate, vi cadessero dentro.
Un’illustrazione di un buco nero attivo, uno che attrae la materia e ne accelera una parte verso l’esterno in due getti perpendicolari. questa immagine illustra in modo eccellente come funzionano i quasar. La materia che cade in un buco nero, di qualsiasi varietà, sarà responsabile di un’ulteriore crescita sia in termini di massa che di dimensioni dell’evento per il buco nero. Nonostante tutte le idee sbagliate là fuori, tuttavia, non c’è il “risucchio” della materia esterna. –MARK A. GARLICK
Nell’universo reale non sono le particelle isolate a rappresentare la maggior parte della massa che interagisce con un buco nero. Invece, i due snack più comuni per un buco nero sono le stelle o le nuvole di gas.
Una nube di gas tipica nello spazio è molto più grande di quella del nostro Sistema Solare, con diametri che spesso si estendono per più anni luce, mentre una stella che si avvicina a un buco nero si troverà spaghettificata, o allungata in un filo lungo e sottile allineato alla direzione di Il buco nero. Col tempo, una di queste opzioni raggiunge l’orizzonte degli eventi del buco nero stesso, ma si tratta di una quantità di roba grande molte volte le dimensioni dell’orizzonte degli eventi del buco nero. Questi gas e materia si allungano in direzione del buco nero, compressi nella direzione perpendicolare e riscaldati, poiché le collisioni tra le particelle che si muovono caoticamente possono persino causare la ionizzazione degli atomi all’interno e la loro rottura in elettroni e nuclei liberi.
L’impressione di quest’artista raffigura una stella simile al Sole che viene lacerata dall’interruzione delle maree mentre si avvicina a un buco nero. Nei buchi neri supermassicci come quello al centro della nostra galassia, le forze di marea vicine all’orizzonte degli eventi possono essere enormi e sufficienti non solo spaghettificare la materia in caduta, ma a farla accelerare a velocità relativistiche. Si è osservato che i buchi neri che si nutrono di materia emettono luce attraverso un’ampia varietà di lunghezze d’onda, dalla luce della radio a lunghezze d’onda lunghe ai raggi X ultra-energetici e tutto il resto. – ESO, ESA / HUBBLE, M. KORNMESSER
Certo, se qualche particella cade nell’orizzonte degli eventi del buco nero, cosa che inevitabilmente farà parte della questione, si aggiunge alla massa del buco nero, aumentandola. Ma se una particella manca l’orizzonte degli eventi e si avvicina semplicemente al buco nero, sperimenterà invece un’enorme accelerazione. Una particella carica in movimento crea un campo magnetico e i campi magnetici sono spettacolari nel cambiare la direzione di ogni altra particella carica attorno a loro.
In particolare, queste particelle si riscaldano, accelerano, emettono luce (sotto forma di ciclotrone o radiazione di sincrotrone) e generano getti bipolari perpendicolari al piano di rotazione del buco nero (o del flusso di accrescimento).
Il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, il Sagittario A *, si illumina brillantemente nei raggi X ogni volta che la materia viene divorata. In lunghezze d’onda più lunghe, dall’infrarosso alla radio, possiamo vedere le singole stelle in questa porzione più interna della galassia. In rare occasioni, potremmo anche (in linea di principio) tracciare una stella che viene divorata, e quindi osservare l’emissione radio che ne consegue. – RADIOGRAFIA: NASA / UMASS / D.WANG ET AL., IR: NASA / STSCI
Considerando che abbiamo visto la nostra prima immagine dell’orizzonte degli eventi di un buco nero solo pochi mesi fa, si potrebbe pensare che questi argomenti siano completamente teorici. Non è così! In realtà abbiamo un’incredibile quantità di prove osservative a supporto di quanto detto.
Spesso possiamo trovare prove di ciò in molte diverse lunghezze d’onda della luce, includendo anche firme e getti di energia in molti casi visibili.
C’è un buco nero al centro di questa galassia (M87) che è incredibilmente grande: 6,5 miliardi di masse solari. Tuttavia, il diametro della sua estensione fisica è di circa un giorno di luce (alcune volte le dimensioni dell’orbita di Plutone), il che significa che gran parte della materia che cade verso di esso viene accelerata ed espulsa, piuttosto che divorata. Il getto di 5.000 anni luce qui mostrato è il risultato di quelle particelle accelerate ed espulse che emettono luce visibile. ESA / HUBBLE E NASA
Ma se proviene da asteroidi, pianeti, stelle o gas caldo o freddo, la maggior parte della materia non va ad alimentare i buchi neri che li hanno attratti. Invece, proprio come quando il Cookie Monster mangia un cookie, solo una piccola frazione di materia supera effettivamente al limite dell’orizzonte degli eventi.
A causa delle intense forze gravitazionali e del tremendo disallineamento delle dimensioni tra i minuscoli buchi neri e le grandi particelle di materia che li alimentano, la stragrande maggioranza della materia si ritrova sputata in un intenso, violento turbinio. Si stima che, contrariamente all’immagine popolare, fino al 90% della materia in caduta non riuscirà mai ad entrare in un buco nero. Invece, verrà espulsa di nuovo nelle regioni esterne della galassia, dove potrà alimentare la formazione di nuove stelle e tornare al mezzo interstellare ancora una volta.
Un buco nero che si alimenta da un disco di accrescimento. È l’attrito, il riscaldamento e l’interazione di particelle cariche in movimento che creano forze elettromagnetiche che possono incanalare la massa all’interno dell’orizzonte degli eventi. Ma in nessun punto un buco nero esercita una forza di suzione; solo uno standard gravitazionale di routine. – MARK GARLICK (UNIVERSITÀ DI WARWICK)
Il fatto è che i buchi neri non risucchiano nulla al loro interno; Alla fine, è tutto solo gravità. La differenza è che i buchi neri sono più densi della maggior parte degli oggetti, occupando un volume molto più piccolo di spazio e in grado di essere molto più massicci di qualsiasi altro singolo oggetto.
Ma la materia è carica, i dischi e i flussi di accrescimento sono reali, generano campi magnetici e accelerano la maggior parte della materia che poi si allontana dall’orizzonte degli eventi stesso.
Insomma, un buco nero è un po’ come un bambino che mangia solo una parte della minestra di peperini che gli vengono portati alla bocca da un cucchiaio, risputandone la maggior parte in faccia a chi lo sta imboccando.
Fonte: Forbes
