Quando i buchi neri esagerano…
di Vincenzo Zappalà, pubblicato il 3 marzo 2013 alle 06:47
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Mi piacerebbe entrare ancora di più nella problematica dei buchi neri. Red mi ha in qualche modo stimolato. Tuttavia, temo che le poche certezze che siamo riusciti ad acquisire potrebbero sfaldarsi completamente e peggiorare la situazione. Ho scelto una via di mezzo e tento di fare un passetto in più senza però andare fino in fondo. Oltretutto, laggiù in fondo ci aspetta la singolarità e forse è meglio starne lontani…
Innanzitutto, dovrei dirvi che la visione normale di un buco nero con il suo orizzonte degli eventi è una situazione IRREALISTICA. Perché? Presto detto: non lo abbiamo fatto ruotare e abbiamo solo pensato a far collassare la massa e definire una zona proibita (orizzonte degli eventi) che a sua volta riesce a definire il buco nero, ossia tutto ciò che sta al suo interno.
Tuttavia, sappiamo benissimo che le stelle ruotano e lo stesso fanno anche i nuclei superiori alle tre masse solari. In altre parole, ruotano anche quelle “cose” che diventeranno buchi neri dopo aver oltrepassato l’orizzonte degli eventi. Oltretutto, se ricordate la pattinatrice della stella di neutroni, potete facilmente capire che lo stesso capita per un nucleo che sta diventando buco nero. Anzi, la sua rotazione è ancora più impressionante. La conservazione del momento angolare rimane valida.
Accettiamo pure che ruoti il buco nero… cosa succede all’orizzonte degli eventi? Beh… è una sfera ipotetica e quindi non può ruotare. Sì, però, la materia che arriva vicino a lui non è ipotetica e viene trascinata dalla rotazione del buco nero. Perché viene trascinata? Perché il buco nero non solo deforma lo spazio-tempo (questo lo fa anche quello classico, statico), ma lo fa ruotare a velocità altissima. E’ come avvicinarsi a un gorgo di un fiume. Se state abbastanza lontani iniziate a ruotare velocemente e venite sbattuti via a grande velocità. Se invece superate una certa distanza venite inghiottite dal gorgo e sprofondate nell’imbuto liquido. Esiste però una distanza critica in cui si riesce a stare fermi rispetto alla rotazione. Questo limite critico tiene conto sia dell’attrazione gravitazionale che della forza centrifuga.
Lo spazio-tempo viene trascinato dalla rotazione del buco nero, come una barchetta vicina a un gorgo. Esiste un limite “statico” dove la barca ruota ma non viene inghiottita.
Se la rotazione statica diventa proprio quella della luce, il buco nero prende il nome di massimo… ma è meglio fermarci un po’ prima. Proprio come capita alle stelle che quando ruotano velocemente prendono la forma di un ellissoide a due assi schiacciato ai poli, lo stesso succede a questa superficie critica che coincide ai poli con l’orizzonte degli eventi, ma se ne discosta all’equatore. La zona tra le due superfici prende nome di ergosfera. Il nome deriva dal fatto che le particelle che vi penetrano non sono ancora condannate, potrebbero anche uscirne, estraendo in qualche modo energia dal buco nero. Esse, infatti acquistano velocità e si porterebbero via momento angolare.
Lo spazio-tempo vicino a un buco nero in rotazione viene trascinato in una specie di vortice. La regione in cui si verifica questa situazione prende il nome di ergosfera. Il suo confine esterno è la condizione critica detta “statica”, dove esiste l’equilibrio tra forza centrifuga e attrazione gravitazionale. Il limite interno è invece l’orizzonte degli eventi “classico”
Il grande Penrose (ricordate il suo diagramma che abbiamo già descritto tempo fa…) ha scoperto questa scappatoia e ha dedotto implicazioni fantastiche che vanno proprio fino al passaggio da un buco nero a un altro, ecc., ecc. L’ergosfera è in pratica la zona dove la materia ruota attorno al buco nero e dove tutto viene trascinato dalla rotazione dello spazio-tempo. Attenzione: non è una rotazione di acqua attorno a un mulinello, dato che lì è la viscosità del liquido che ci trascina. Qui è lo spazio-tempo che trascina nel vortice. Tuttavia, l’esempio del gorgo va benissimo tenendo bene in conto questa diversità concettuale.
Al suo interno tutto gira anche nello stesso verso, qualsiasi sia stata la direzione da cui provenivano le particelle, magari in direzione retrograda. Con questi “pezzi” di concetti risulta più chiara le diversità del disco di accrescimento che abbiamo visto nell’articolo apparso da poco. Provate a rileggerlo e vedete che siamo proprio nelle condizioni di passaggio da buco nero statico a buco nero rotante.
Cosa capita all’interno dell’orizzonte degli eventi? Mamma mia… tutto si complica e supera le limitazioni di questo sito (forse siamo già andati troppo in là…). Ve lo dico soltanto, ma non chiedetemi di approfondire, se no dobbiamo passare alle formule e sarebbero… fatti NOSTRI! Dovrei anch’io andarmi a ripassare molte cose e passare dalla vostra parte…
In poche parole, però, posso dirvi che si troveranno due orizzonti degli eventi (abbi pazienza Francesca… ma è proprio così!) e non uno solo. In quello più esterno il tempo e lo spazio si invertono (concettualmente), nel secondo tornano alle condizioni iniziali (quelle più realistiche che conosciamo meglio). Mamma mia… e perché? Vi dico solo che la singolarità (che tanto spaventa) non è più un punto ma un anello (senza dimensioni…?!) che ruota in modo pazzesco e che potrebbe essere anche … attraversato, arrivandoci nel modo giusto.
Penrose ci ha sguazzato e ha trovato tutti i cunicoli per muoversi in quelle condizioni. Einstein ha fornito la mappa, ma Penrose sembra proprio che sia sceso sul terreno e abbia provato tutte i sentieri e le scorciatoie.
Un’ultima cosa, buttata lì…, quando la velocità critica è proprio quella della luce, il buco nero prende il nome di massimo (come già accennato). I due orizzonti degli eventi si uniscono e spariscono: la singolarità diventa “nuda” senza protezione. Tuttavia, nessuna paura, dato che si circola attorno a lui alla velocità della luce (immaginate che begli effetti doppler relativistici potremmo vedere nella luce che gira attorno…).
No, vi prego… fermiamoci qui. Spero di non avere confuso piuttosto che chiarito. Al limite, dimenticatevi questo articolo e tornate al buco nero statico, molto più semplice. Se, però, non fate i bravi… potremmo sempre parlare dei buchi neri rotanti che hanno anche (come altamente probabile) un campo magnetico. Aiuto… fatemi scendere, sto precipitando nel gorgo!
Ragazzi, so benissimo che questi sono concetti difficili ma estremamente stimolanti. Chi ne ha voglia può benissimo andare oltre (attenti al web… ho letto molte inesattezze, come ad esempio che la superficie critica sia l’orizzonte esterno… no, non è vero!). A quel punto, però, è necessario prendere in mano le formule della relatività generale e digerirle completamente. La divulgazione senza matematica ha un limite… almeno per me!
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