Capire i buchi neri...

[Ralalith]

Magari il video può essere utile anche alle ragazze @Yahim e @Ralalith per la loro tesina

Video utilissimo, potrei usare il video o alcune gif prese dal video per l'orale!

[Dareios]

Ciao ragazzi
Mi sono iscritto oggi a questo forum e avrei una curiosità riguardo ai buchi neri.
Ho cercato una discussione inerente alla mia domanda ma non ne ho trovate, se c'è già e sono nella discussione sbagliata chiedo venia ma questa mi sembrava la più pertinente.
Da un po' di tempo mi frulla in testa questa osservazione: l'ipotesi più accreditata sulla genesi di un buco nero riguarda il collasso gravitazionale di una stella molto massiva, il collasso fa sì che il nuovo corpo generato abbia una densità tendente all'infinito e questo gli conferisce una maggiore forza gravitazionale (detto in modo molto semplificato). Ora, quello che mi chiedo è questo: perché aumenta la forza gravitazionale solo per un aumento di densità? Quello che so è che la gravità è una proprietà intrinseca della materia (ogni oggetto dotato di massa ha un suo campo gravitazionale) e dovrebbe dipendere solo dalla quantità di massa che possiede l'oggetto stesso a prescindere dal volume che occupa... Se ho una stella con un raggio di migliaia di chilometri che poi collassa raggiungendo misure centimetriche (per esempio, la butto lì), la densità aumenterà sicuramente ma la quantità di massa dovrebbe rimanere invariata, perciò il corpo collassato dovrebbe avere la stessa forza gravitazionale che aveva la stella originaria, ma così non è... non ho capito perché?
Magari a molti la dmanda sembrerà stupida ma sicuramente c'è qualcosa che mi sfugge nelle leggi di gravitazione di Newton e Einstein
Commenti, opinioni e delucidazioni sono ben accetti

[Enrico Corsaro]

Ciao Dario (presumo dal tuo nome utente?), ti rispondo con piacere. La discussione penso vada più che bene e quindi non preoccuparti. Mal che vada i moderatori valuteranno di separarla dai post precedenti.

Da un po' di tempo mi frulla in testa questa osservazione: l'ipotesi più accreditata sulla genesi di un buco nero riguarda il collasso gravitazionale di una stella molto massiva, il collasso fa sì che il nuovo corpo generato abbia una densità tendente all'infinito e questo gli conferisce una maggiore forza gravitazionale (detto in modo molto semplificato).

Non si tratta di una semplice ipotesi, ma della teoria dell'evoluzione stellare. Da quanto hai scritto capisco che qui ci sono i primi problemi di base.
1) La densità non è tendente ad infinito, ma è certamente più grande di quella di una stella in fase di sequenza principale
2) La forza gravitazionale non è maggiore a causa della densità, nè di per sè è diversa. L'unica cosa che cambia è soltanto il fatto che adesso ti puoi avvicinare al centro di gravità molto più di quanto non potevi fare prima, perchè tutta la massa si è compressa in una zona molto più confinata.

Dalla espressione della forza gravitazionale hai

dove M è la massa della stella (poi diventata buco nero) e di base invariata, ed r è la distanza tua dal centro di gravità (con m la tua massa soggetta all'attrazione della stella/buco nero).
Fin tanto che si tratta dunque di una stella il tuo r sarà certamente più grande del raggio della stella. Quando la stella diventa un buco nero, il tuo r può diventare molto più piccolo, perchè il buco nero è di piccole dimensioni rispetto alla stella originale. Per la legge che ti ho scritto sopra, il valore di F diventa molto più grande, ed ecco che la gravità che percepisci vicino ad un buco nero è più grande.

Ora, quello che mi chiedo è questo: perché aumenta la forza gravitazionale solo per un aumento di densità? Quello che so è che la gravità è una proprietà intrinseca della materia (ogni oggetto dotato di massa ha un suo campo gravitazionale) e dovrebbe dipendere solo dalla quantità di massa che possiede l'oggetto stesso a prescindere dal volume che occupa... Se ho una stella con un raggio di migliaia di chilometri che poi collassa raggiungendo misure centimetriche (per esempio, la butto lì), la densità aumenterà sicuramente ma la quantità di massa dovrebbe rimanere invariata, perciò il corpo collassato dovrebbe avere la stessa forza gravitazionale che aveva la stella originaria, ma così non è... non ho capito perché?

Esattamente per il motivo che ti ho spiegato prima. La massa non cambia infatti, quello che cambia è il fatto che per un buco nero ti puoi, a parità di massa, avvicinare molto di più al centro di gravità. Questo semplicemente perchè tutta la massa è confinata in una regione molto più piccola rispetto a prima.

Aggiungo: sia se hai la stella originaria, che il buco nero che ne deriva, e sei alla stessa identica distanza dal centro (ammettendo che tu stai ad una distanza almeno uguale al raggio originario della stella), subirai la stessa identica forza di attrazione gravitazionale.

[Dareios]

Aaaaah ora è chiaro il gap... il problema è che tutto ciò che ho letto sull'argomento mi aveva tratto in inganno...
Solo che tu hai detto che la densità non tende a infinito ma è semplicemente molto più elevata di quella originaria. Solo che ricordo di aver letto più volte e da più fonti che la densità tende ad infinito e il volume tende a zero e questo era proprio il concetto di singolarità.
Comunque ti ringrazio davvero tanto, era da un sacco che non facevo una conversazione così stimolante sul web

[Red Hanuman]

@Dareios, in linea teorica la densità tende all'infinito, perchè non si conosce nulla che sia in grado di arrestare il collasso. In pratica non si sa cosa accade alla materia nel BN, viste le condizioni peculiari dell'oggetto in questione.
Molti pensano che il collasso si fermi, e che l'oggetto risultante abbia una densità elevatissima ma non infinita.
Di fatto, la densità infinita e la "singolarità" presente nel BN sono un limite derivante dalla nostra incompleta conoscenza delle leggi fisiche...

[Dareios]

Certo! una cosa è l'astrazione teorica, un' altra è quello che materialmente succede e che non conosciamo bene...

[Enrico Corsaro]

Concordo con Red. In generale comunque ci si riferisce alla densità media di un corpo del genere, così come di una stella. La densità media è perfettamente misurabile. Poi in realtà non sappiamo ad oggi come sia distribuita la materia all'interno, in teoria potrebbe essere collassata ulteriormente verso il centro, ma si presume che altri processi fisici, principalmente di natura quantistica, impediscano un collasso infinito in una singolarità. Si tratta di un mondo ancora da esplorare, reso imepentrabile dalle osservazioni a causa della particolarissima natura di questi oggetti.

[DarknessLight]

@Enrico Corsaro
Però effettivamente non esistono prove che dimostrano ineluttabilmente che all interno del buco nero esista ancora la materia/energia inghiottita. O sbaglio?
Non potrebbe essere che l informazione inghiottita (materia o energia che sia) scompare nel nulla sulla superficie del buco nero, e il suo unico contribuito sarebbe quello di accrescere la superficie dell orizzonte? Così potremmo pensare ai buchi neri come al nulla che si espande...

Tu cosa ne pensi? È assurdo o ragionevole?

[Dareios]

Secondo il mio parere, se dovessimo ancorarci al principio che nulla si crea e nulla si distrugge ma tutto si trasforma, non dovrebbe essere possibile. Volendo mettere in discussione questo principio potremmo anche pensarlo. Il problema è che non mi pare che l'umanità abbia mai assistito a fenomeni di annullamento totale di qualunque forma di energia o massa, pertanto non dovremmo avere i presupposti per ritenere possibile una cosa del genere... poi non saprei

[fulvio_]

@Enrico Corsaro
Però effettivamente non esistono prove che dimostrano ineluttabilmente che all interno del buco nero esista ancora la materia/energia inghiottita. ... ]

Però mi domando da dove derivi la forza gravitazionale di un BH se non dalla massa che contiene!