Alla scoperta dei Buchi Neri

Il termine buco nero, entrato ormai a far parte del linguaggio corrente, viene utilizzato in astrofisica per identificare una regione dello spazio dove la materia è compressa a tal punto che nemmeno la luce può uscirne.

Un buco nero strappa materia ad una stella

Un buco nero strappa materia ad una

stella. Credits: A. Vecchiato

Nei musei scientifici i buchi neri vengono generalmente raffigurati tramite un telo scuro teso all’interno del quale giace una grossa massa: quando si lancia una biglia sul bordo, l’effetto che si ottiene è quello della caduta della stessa verso il centro che spiraleggia come una barca risucchiata da un gorgo.

Questa è in effetti una rappresentazione di comodo che serve ad evidenziare l’effetto che meglio caratterizza i buchi neri, ovvero quello di attrarre a sé qualunque cosa risenta dell’interazione gravitazionale con una forza tale che nemmeno la luce può sfuggirgli. Se questi corpi non emettono luce non potranno altro che apparirci come neri, da cui il suggestivo nome che li ha resi famosi.

In queste condizioni è improbabile vederlo direttamente e solamente da pochi decenni si stanno studiando seriamente gli effetti prodotti che ne rivelerebbero la presenza. Ma da quando si ebbe l’idea dell’esistenza nel cosmo di oggetti così particolari? Nel 1783 l’astronomo John Michell pubblica un saggio in cui afferma che una stella di massa e densità molto grandi avrebbe un $campo$ gravitazionale così forte che neanche la luce riuscirebbe a sfuggirgli.

Passano quasi una decina d’anni e l’astronomo-matematico Pierre-Simon De Laplace nel 1796 sostiene nella sua opera “Esposizione del sistema del mondo” che “Esistono dunque nel cielo dei corpi neri, grandi quanto le stelle e forse altrettanto numerosi”.

I buchi neri, anche se implicitamente previsti dalla teoria della gravitazione di Einstein del 1915, ovvero dalla Relatività Generale, solamente nel 1939 vengono ipotizzati per la prima volta teoricamente da Openheimer e Snyder, mentre nel 1969 venne coniata da John A. Wheeler l’espressione buco nero o black hole.

Solo nel 1971 s’incomincia a prendere sul serio l’esistenza dei buchi neri, infatti le osservazioni astronomiche, in particolare lo studio delle righe spettrali e delle forti emissioni di raggi X a intervalli di circa un 1/1,000 di secondo che vengono catturate dall’osservatorio orbitale Uhuru, rilevano che Cignus X-1, una sorgente binaria di raggi X situata nella costellazione del Cigno e posta a 8000 anni luce da noi, è la prima evidenza osservativa dell’esistenza dei buchi neri.

Stephen Hawking

Stephen W. Hawking – ingrandisci

Credits: Gabriella Bernardi

L’astrofisico Stephen Hawking , forse il più noto al grande pubblico internazionale, lega il suo nome a questi oggetti dato che vi ha dedicato gran parte della sua carriera. Infatti, nel 1976, presentò la teoria per cui un buco nero emette una radiazione con uno spettro termico a distanza infinita dalla sorgente. In altre parole dimostrò che i buchi neri non sono neri, ma irradiano energia in modo continuo con una temperatura inversamente proporzionale alla loro massa, la cui dimostrazione proviene dall’applicazione della meccanica quantistica ai campi elettromagnetici nei pressi di un buco nero.

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12 Commenti

  1. ciao! ho studiato i buchi neri al liceo..ma ovviamente la descrizione nel libro non era così dettagliata! Adoro l’ipotesi di una persona che sostiene che quello che viene “catturato dai buchi neri”…sbuca da un’altra parte nello spazio. E se fosse vero?

  2. da tempo mi soffermo apensare che esistano infiniti mondi, infinite dimensioni, infiniti universi (singolarità), i buchi neri ne sono una grande testimonianza, spero che in un futuro non molto lontano si possano scoprire cose che testimoniano ciò.

  3. Ciao costy, quello di cui parli sono i così detti buchi bianchi: oggetti che contrariamente ai buchi neri che attraggono ogni cosa, emetterebbero tutto quello che è stato catturato dai precedenti.
    Secondo un’ipotesi matematica i buchi neri ed i buchi bianchi sarebbero le due aperture di un oggetto denominato wormhole, letteralmente buco-verme che collegherebbe punti distantissimi dello spazio-tempo in maniera analoga a quella di un cunicolo scavato da un verme in una mela: quello che entra nel buco nero uscirebbe dal buco bianco. Purtroppo non ci sono evidenze osservative dell’esistenza di questi oggetti, ma Hawking ha affermato che se esistessero potrebbero dei viaggi nel tempo! 😯

  4. A proposito di singolarità secondo la teoria della Relatività Generale, in certe condizioni estreme alcune regioni dello spazio-tempo acquistano una curvatura infinitamente grande e diventano singolarità: qui le usuali leggi fisiche cessano di valere. Nei buchi neri, per esempio, dovrebbero esservi singolarità nascoste dietro l’orizzonte degli eventi. 😕

  5. se la materia precipita in un buco nero e viene talmente compressa che nemmeno la luce sfugge,ipoteticamente, la stessa materia sotto quale aspetto
    potrebbe uscirne da un buco bianco?

  6. Ciao Annapaola,
    risponderti è difficile dato che non si sa se effettivamente i buchi bianchi esistano, perchè sono fondamentalmente delle soluzioni di equazioni matematiche ed è complicato immaginare a quali oggetti fisici corrispondano in natura. Per esempio è stato anche ipotizzato, come modifica della teoria del Big Bang, che i buchi bianchi siano l’immagine di quello che apparirebbe un universo in espansione visto da un altro universo. 🙄

  7. Io penso che i buchi bianchi non esistano, in quanto in natura non si ci sono tipi di stelle il cui processo evolutivo termini con un buco bianco.
    Non sono mai state osservate “emissioni di materia”, al contrario si può notare come i corpi che non raggiungono una sufficiente velocità di fuga vengano attratti dai buchi neri, emettendo radiazioni X.

  8. Ciao Gabriella, scusa innanzi tutto la confidenza con cui mi rivolgo a te, ma dal modo semplice e chiaro con cui spieghi ed esponi le argomentazioni della materia difficilissima che tratti, mi sento in qualche modo giustificato…Premetto che sono solo un appassionato di astronomia nulla di più. Mi riferisco qui al tuo messaggio del 8 giugno 2007 in cui dici…

    “secondo la teoria della Relatività Generale, in certe condizioni estreme alcune regioni dello spazio-tempo acquistano una curvatura infinitamente grande e diventano singolarità: qui le usuali leggi fisiche cessano di valere…”

    Mi sorge spontanea una domanda: …queste regioni delo spazio-tempo che subiscono una curvatura infinitamente grande da diventare singolarità possono in qualche modo essere il punto di partenza per la creazione di nuovi universi paralleli? Nella teoria delle stringhe di cui si parla molto attualmente (se non ho capito male) si percepisce l’ipotesi che queste zone dello spazio siano effetttivamente l’origine di universi paralleli che si intersecano con il nostro. L’idea che eventi di universi paralleli che casualmente si possano intersecare con il nostro potrebbe stare alla base di certi fenomeni che noi non sapiamo spiegare?
    Scusami Gabriella se ho sconfinato nella fantascienza, ma questa idea mi affascina… 😳 🙄
    Ti invio un’UA di grazie per il tuo parere, per la pazienza e la tua disponibilità
    Giorgio

  9. Carissimo Gioand,
    purtroppo non sò molto perché l’argomento è molto speculativo ad ogni modo proverò a spiegare quel poco a mia conoscenza.

    La teoria delle stringhe è una teoria, o un insieme di teorie, che vorrebbe nientemeno spiegare tutto quello che succede nell’Universo, dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande, ma che è così complicata che non è ancora completa e, soprattutto, al momento non è nemmeno possibile concepire un esperimento che possa fornire indicazioni se quello che dice abbia un senso o se sia un puro esercizio matematico.

    Perciò non è nemmeno immediato definirla come “teoria scientifica”. 😐

    Il fisico premio Novel Steven Weinberg ha detto di questa teoria che gli sforzi messi per studiarla sono ammirevoli, ma che a causa della sua difficoltà i progressi sono così lenti che preferirebbe studiare in tempo reale la deriva dei continenti che la teoria delle stringhe. 🙄

    L’assunto di base di questa teoria è che l’oggetto matematico dal quale partire nella descrizione del nostro mondo fisico non sia il punto (oggetto a zero dimensioni) ma la “stringa”, ovvero un oggetto ad una singola dimensione.
    Queste stringhe avrebbero poi la possibilità di interagire in uno spazio a 11 dimensioni. ❗

    Questo numero è importante per la domanda, perché fino a circa 10 anni fa esistevano diverse teorie delle stringhe in 10 dimensioni, poi ci si è accorti che si poteva “riunirle” in un unica versione (detta “Teoria-M”, dove M sta per Membrana) aggiungendo una dimensione in più.

    Questa dimensione ulteriore, inoltre, aggiunge un grado di libertà in più ai movimenti delle stringhe e si è visto che lo si potrebbe interpretare come una
    possibilità per le stringhe di espandersi fornendole energia. Con un’energia sufficiente la grandezza della stringa raggiunge quella del nostro Universo e quindi ci si è chiesto se si possa interpretare queste “stringhe espanse” come universi parallelli al nostro. 😀

    Se e come le singolarità possano essere il punto di partenza per universi paralleli nella teoria delle stringhe non lo so, anche se è vero che, se la
    condizione necessaria è che ci sia molta energia, una singolarità è certo un buon posto dove accumularne un bel po’. 😀

  10. Quando un buco nero raggiunge il massimo della massa che può contenere, potrebbe collassare esplodendo da un’altra parte,nello spazio vuoto, creando un nuovo universo con un nuovo big-band, restituendo la materia che aveva accumulato…