Perché i buchi neri sono così affascinanti?

Mi capita spesso di sentirmi rivolgere questa domanda: ma cosa sono i buchi neri? La gente è affascinata da questo "mostro" interstellare forse perché sente dire che si tratta di un corpo celeste da cui non può uscire nulla, nemmeno la luce.
Ma vediamo di rispondere a quelle che sono le domande più frequenti che riguardano i buchi neri.

D: Cosa è un buco nero?
R: Si tratta di un corpo celeste estremamente denso, la cui attrazione gravitazionale è talmente alta da non permettere l'allontanamento nemmeno della radiazione elettromagnetica. Da qui viene l'attributo di "nero", poiché la luce non si può allontanare dal buco nero, esso non può apparire luminoso, quindi sarà appunto nero.

D: Come nascono i buchi neri?
R: Sono il risultato della morte di una stella di grande massa (oltre 2,5 volte la massa del Sole). Quando il carburante nucleare della stella si esaurisce, si innesca un complicato processo: gli strati più esterni della stella vengono espulsi a grande velocità (creando il fenomeno della supernova), mentre gli strati più interni subiscono un collasso gravitazionale che non viene arrestato da nessuna forza fisica conosciuta. Il collasso porta l'intera massa della stella ad essere contenuta all'interno di una sfera di raggio inferiore a 10 Km. Vedi evoluzione stellare.

D: Ma il Sole, alla fine del suo ciclo vitale, diventerà un buco nero?
R: No, come ho detto prima il buco nero è un destino riservato solo alle stelle di grande massa (oltre 2,5 masse solari). Il destino del Sole è diverso: diventare una nana bianca.

D: Come mai la luce non può uscire dal buco nero?
R: Ogni corpo celeste ha una sua "velocità di fuga", cioè una velocità minima con la quale un corpo può sfuggire alla sua forza gravitazionale. Ad esempio la Terra ha una velocità di fuga di 11,2 km/secondo. Quindi, se con un razzo vogliamo uscire dal campo gravitazionale terrestre dobbiamo avere "almeno" quella velocità. La velocità di fuga dipende dalla massa del corpo celeste ma anche dal suo raggio. Tra due corpi che hanno la stessa massa, la velocità di fuga è più alta in quello con raggio minore. I buchi neri hanno una massa di almeno 2,5 volte quella del Sole e un raggio di soli 10 km: la velocità di fuga arriva ad essere uguale a quella della luce.

D: cosa c'è dentro un buco nero?
R: Non si può sapere esattamente cosa c'è dentro un buco nero, proprio perché da esso non può uscire nessuna radiazione. In ogni caso il buco nero non è un "oggetto" nel senso più comune del termine, ma è più simile ad un "fosso" infinito nello spazio-tempo, in cui la materia continua a cadere per sempre, senza mai toccare il fondo.

D: Allora cosa potrebbe esserci?
R: Tutto ciò che ci è caduto dentro.

D: E' vero che sono stati scoperti buchi neri molto vicini alla Terra e che possono risucchiarla?
R: No. Sono stati scoperti molti probabili buchi neri, ma si tratta di corpi celesti lontani anche centinaia di anni luce e quindi non c'è alcun rischio per la Terra.

D: E' vero che se si entra in un buco nero, poi si esce in un'altra epoca o in un'altra dimensione? Il buco nero è una sorta di macchina del tempo?
R: Questa è una bella ipotesi fantascientifica, ma non c'è alcun supporto scientifico a questa congettura. Si tratta solo di una interessante speculazione senza alcuna prova osservativa. In realtà il buco nero si può spiegare, dal punto di vista della Relatività Generale, come una deformazione dello spazio-tempo, dove la massa "curva" lo spazio-tempo fino a "sfondarlo", creando un pozzo senza fondo.

D: Cosa è "l'orizzonte degli eventi"?
R: E' un "confine" tra due regioni dello spazio tra le quali non c'è più alcun modo di interagire. In maniera semplicistica si potrebbe dire che la "superficie" di un buco nero è un orizzonte degli eventi. Una volta che un oggetto varca quel confine non c'è modo di sapere che fine fa.

D: Ma come gli è venuta in mente agli scienziati l'idea dei buchi neri?
R: L'idea non è così moderna come si potrebbe credere. Già nel 1783 l'astronomo John Michell pubblicò un saggio in cui affermava che una stella di massa e densità molto grandi avrebbe avuto un campo gravitazionale così forte che neanche la luce sarebbe riuscita a sfuggirgli. Tuttavia l'espressione buco nero fu coniata solo nel 1969 da John A. Wheeler. I buchi neri sono previsti dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein e sono stati formalizzati matematicamente già nel 1939. Sono stati studiati in maniera sistematica solo a partire dal 1971, quando il satellite Uhuru scoprì la sorgente di raggi X, Cygnus X-1, nella costellazione del Cigno. I raggi X di questa sorgente sarebbero prodotti dal gas di una stella che viene risucchiato da un buco nero. Nella caduta, il gas si comprime e aumenta la sua temperatura fino ad emettere raggi X.

Si potrebbe rispondere a tante altre domande, ma per farlo si dovrebbe scrivere un intero libro. Per approfondire il tema vi consiglio una serie di link:

http://web.tiscalinet.it/buchineri/start.htm

http://www.pd.astro.it/PlanetV/L23_04S.html

http://www.ildiogene.it/EncyPages/Ency=buconero.html

http://www.pd.astro.it/MOSTRA/NEW/A3004BKH.HTM