Cos’è un buco nero?

Il buco nero è una regione dello spazio in cui il campo gravitazionale è talmente forte che qualsiasi cosa si avvicini viene attratta e catturata senza poter sfuggire all’esterno

Cos'è un buco nero?
Cos’è un buco nero? Il buco nero è una “regione” dello spazio-tempo con un campo gravitazionale così intenso che nulla al suo interno può sfuggire all’esterno (nemmeno la luce).

Dell’esistenza dei buchi neri se ne parla nella “Teoria della relatività generale” di Albert Einstein: poiché la forza di gravità (che dipende dalla massa degli oggetti) deforma lo spazio-tempo e curva la traiettoria della luce, un corpo può raggiungere una concentrazione della massa così grande che il suo campo gravitazionale impedisca anche alla luce di allontanarsi.

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Cos’è un buco nero?

Un buco nero è una “regione” dello spazio-tempo in cui il campo gravitazionale è così forte che qualsiasi cosa giunga nelle vicinanze viene attratta e catturata, senza possibilità di sfuggire all’esterno. Nemmeno un raggio di luce è in grado di sfuggire alla “cattura” di un buco nero. I buchi neri, però, non catturano tutto ciò che sta intorno a loro ma solo i corpi più vicini.

Un buco nero può essere paragonato ad una Stella (la cui massa, però, è almeno 10 volte superiore a quella del Sole) che si contrae, aumenta la sua densità e collassa sotto il proprio peso concentrando la sua massa in un unico punto (detto “buco nero”).

Il buco nero formatisi è caratterizzato da una gravità talmente forte da far perdere la propria identità e la propria luce a qualsiasi segnale luminoso (o particella) attratti, impedendone la “fuga” e rendendo il corpo interessato totalmente invisibile a qualsiasi osservazione.

Inoltre, l’azione del buco nero “strappa” il gas presente all’esterno della stella, lo attrae verso di sé dando così origine ad un vero e proprio disco che ruota intorno al proprio asse. I gas “strappati” raggiungono temperature elevatissime ed emettono raggi X, permettendo la “rivelazione” del buco nero. Un esempio è la Costellazione del Cigno in cui vi sono diverse stelle doppie ed una sorgente di raggi X (chiamata Cygnus X – 1): si tratta di una coppia di stelle formata da una stella gigante ed un buco nero.

I buchi neri più semplici (chiamati “buchi neri di Schwarzschild”) sono caratterizzati da una massa “M” e dall’assenza di carica elettrica “J” e momento angolare “Q“. La “massa” che caratterizza ciascun buco nero è identificata con un valore positivo qualsiasi. Invece, la “carica elettrica” e il “momento angolare” dipendono dal valore assunto dalla massa.

Secondo la fisica teorica, affinché un corpo possa essere definito buco nero, il suo raggio deve essere inferiore al raggio di Schwarzschild. “RS” è il raggio di Schwarzschild, “M” la massa del corpo, “G” la costante di gravitazione universale e “c” la velocità della luce.

Qual è l’origine dei buchi neri?

I buchi neri sono stati (e sono tutt’ora) oggetto di studi da parte di molti astrofisici ma, non avendo a disposizione dei dati sperimentali affidabili, non si ha alcuna certezza. Tuttavia, secondo alcuni studiosi, la forza intensa esercitata dai buchi neri sui corpi vicini ha permesso di captare un “sistema binario di stelle“, in cui una stella ed un buco nero si trovavano associati in un unico sistema. Questo spiegherebbe perché la stella verrebbe perturbata dall’azione del campo gravitazionale del buco nero e che quest’ultimo resterebbe invisibile.

Inoltre, alcuni astrofisici sostengono che almeno un buco nero si trovi al centro di ogni galassia o al centro dei “quasar” (sono corpi celesti molto distanti dalla Terra costituiti da ammassi di stelle e considerati delle sorgenti di radiazioni molto intense).

La classificazione dei buchi neri

I buchi neri vengono classificati in base alla loro massa “M“, indipendentemente dal loro momento angolare “Q” o dalla loro carica elettrica “J“.

Esistono 4 categorie di buchi neri:
  • Buchi neri supermassicci: sono i più grandi tipi di buchi neri, presentano una massa milioni di volte superiore a quella del Sole, una densità media inferiore a quella dell’acqua. Questa tipologia di buco nero è presente in ogni galassia;
  • Buchi neri di massa intermedia: sono presenti al centro degli ammassi stellari, hanno una massa inferiore a quella dei buchi neri supermassicci, e la loro origine è incerta;
  • Buchi neri stellari: sono caratterizzati da 3 grandezze fondamentali (massa, carica e momento angolare), originati dal collasso gravitazionale di una Stella massiccia;
  • Micro buchi neri (detti anche “buchi neri microscopici”): hanno una massa uguale a quella del Sole e la tendenza ad evaporare velocemente a causa della piccola dimensione (la cosiddetta “radiazione di Hawking”).
Curiosità sui buchi neri
Buco nero e “velocità di fuga”

Qualsiasi corpo presente sulla Terra è soggetto all’azione del “campo gravitazionale“.

Se tiriamo verso l’alto una palla, essa raggiungerà la massima altezza e poi ricadrà al suolo per effetto della “forza di gravità“. L’altezza massima raggiunta dalla palla dipenderà dalla velocità iniziale. Esiste, però, una velocità iniziale capace da impedire alla palla di ricadere al suolo (nota come “velocità di fuga”).

La “velocità di fuga” di un corpo celeste è la velocità iniziale indispensabile affinché tale corpo riesca ad opporsi e “sfuggire” all’attrazione del “campo gravitazionale“. Questa dipende dalla massa “M“, dalla costante di gravitazione universale “G” e dal raggio “R” del corpo celeste. Quindi, più sarà forte il campo gravitazionale generato, maggiore sarà la “velocità di fuga“.

Buco nero e orizzonte degli eventi

L’orizzonte degli eventi è una superficie immaginaria che circonda ogni “buco nero“, ed è caratterizzata dal fatto che in ogni suo punto la velocità di fuga equivale alla velocità della luce.

All’interno di questa superficie, la velocità della luce non è più sufficiente a sfuggire al buco nero, e dato che non esiste in natura una velocità maggiore, si giunge alla conclusione che da ogni punto interno all’orizzonte degli eventi non può uscire nulla.

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