Cosa sono in pratica?
Crab Nebula NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University) - HubbleSite: gallery, release.
Pensa a stelle molto, molto più grandi del nostro Sole. Per milioni di anni, queste stelle giganti vivono in un delicato equilibrio: la potente gravità che le schiaccia verso l'interno viene compensata dall'energia prodotta dalla fusione nucleare nel loro nucleo, dove idrogeno ed elio si trasformano in elementi più pesanti.
Ma quando questi combustibili nucleari si esauriscono, la spinta verso l'esterno cessa. A questo punto, la stella muore e la gravità, non più contrastata, vince in un istante: il nucleo della stella collassa su sé stesso in una spaventosa implosione, seguita spesso da una gigantesca esplosione (supernova).
Se il nucleo residuo è abbastanza massiccio, questo schiacciamento non si ferma mai: tutta la materia viene compressa in un punto di densità infinita chiamato singolarità. Attorno a questo punto si forma una soglia di non ritorno: l'orizzonte degli eventi. È come il bordo di una cascata: una volta superato, si cade dentro e non si può più risalire. Oltre quel confine, nulla, nemmeno la luce, esce più.
Come li "vediamo" se sono neri?
Non li vediamo direttamente, ma vediamo gli effetti della loro follia gravitazionale:
- Stelle che ballano il twist: Osserviamo stelle che orbitano attorno a... niente! Ma si muovono a velocità pazzesche. È come vedere qualcuno ballare strettissimo con un partner invisibile. Al centro della nostra galassia, c'è un buco nero supermassiccio (Sagittarius A*) attorno a cui le stelle sfrecciano.
- Dischi di accrescimento incandescenti: Se il buco nero risucchia gas da una stella vicina, questo gas gli spiraleggia intorno, formando un disco (come l'acqua che gira nello scarico). Attritandosi, il gas si scalda a milioni di gradi ed emette raggi X e luce potentissima che noi rileviamo.
- Onde gravitazionali: Quando due buchi neri si scontrano e fondono, fanno "tremare" il tessuto dello spazio-tempo, come un sasso in uno stagno. Queste increspature (onde gravitazionali) le abbiamo sentite con strumenti come LIGO e Virgo. È la prova più diretta della loro esistenza.
La foto storica (2019)
Nel 2019, il progetto Event Horizon Telescope ha unito telescopi in tutto il mondo per creare un telescopio virtuale grande come la Terra. Hanno fotografato l'ombra del buco nero supermassiccio al centro della galassia M87. Quello che vediamo è un anello di luce (il disco di gas incandescente) che curva attorno all'orizzonte degli eventi, e al centro un "buco" oscuro: la sua ombra. È la prova visiva definitiva.
Cosa c'è dentro? Il grande mistero.
Qui la scienza non sa di certo. Nessuno sa cosa succeda dentro l'orizzonte degli eventi, e soprattutto nel centro (la singolarità). Le leggi della fisica che conosciamo (quelle di Einstein) si "rompono" in quel punto. I fisici teorici credono che lì serva una nuova fisica, che unisca la gravità e la meccanica quantistica (la fisica dell'infinitamente piccolo). Ma è ancora un campo di studio.
Non sono aspirapolvere cosmici
Un malinteso comune: i buchi neri non risucchiano tutto come un vortice. La loro gravità è potentissima, ma solo se ti avvicini troppo. Se il Sole diventasse un buco nero (non può, è troppo piccolo), la Terra continuerebbe a orbitargli intorno esattamente come ora, perché la sua attrazione gravitazionale a quella distanza sarebbe la stessa. Cadi dentro solo se superi la soglia fatale.
Ricapitolando, la scienza sa per certo che:
- Esistono, e sono milioni, forse miliardi, nelle galassie.
- Sono il risultato del collasso di stelle molto massicce.
- Hanno un orizzonte degli eventi, un punto di non ritorno.
- Al centro hanno una singolarità (ma non sappiamo cosa sia).
- Quelli supermassicci (milioni di volte il Sole) stanno al centro di quasi ogni galassia.
- Quando si scontrano, emettono onde gravitazionali.
- Possiamo vedere la loro ombra e il materiale incandescente che gli ruota attorno.
In sostanza, li conosciamo dall'esterno, come si formano e come influenzano il cosmo. Ma il loro interno rimane uno dei misteri più affascinanti dell'universo, una frontiera dove la nostra conoscenza finisce e inizia l'ignoto.
Pensali come gli archivi definitivi dell'universo: tutto ciò che ci cade dentro è informazione che viene perduta per sempre (almeno secondo le nostre attuali conoscenze). Sono i guardiani estremi dei segreti cosmici.