Infinito - Tesina per liceo scientifico

Tra spazio e tempo: l’infinito

La nascita di un buco nero

Se una stella è molto massiccia, più di 6-7 volte il Sole, quando esplode come supernova dà luogo all’oggetto più strano e affascinante del cosmo: un buco nero. Il nucleo della stella crolla sotto il proprio peso e non riesce a controbilanciarlo nemmeno comprimendosi al massimo. Niente può fermare la caduta della materia verso il centro della stella, finché l’intera massa del nucleo non si concentra in un unico punto! L’oggetto che si forma, il buco nero, è qualcosa di così sorprendente che non può essere descritto con le leggi della fisica che valgono sulla Terra.

La gravità di un buco nero, infatti, è così grande da comprimere la materia che lo compone fino ad una densità praticamente infinita. Essa si trova quindi in uno stato fisico a noi sconosciuto. La forza di attrazione gravitazionale di un buco nero è immensa: qualunque cosa che gli passi troppo vicino viene catturata e vi cade dentro, senza poterne più uscire.

La forza di attrazione gravitazionale

Questa condizione si verifica quando la velocità di fuga della superficie è superiore alla velocità della luce. Per questo, nemmeno un raggio luminoso può sfuggire a questo “mostro”. Non potendo emettere radiazione, un corpo celeste con questa proprietà risulterebbe invisibile e la sua presenza potrebbe essere rilevata solo indirettamente, tramite gli effetti del suo intenso campo gravitazionale.

I buchi neri sono gli unici oggetti celesti che non possono essere studiati direttamente in alcun modo, dato che non emettono radiazione di nessun tipo. Solo le nostre conoscenze di fisica e matematica ci permettono di immaginare come sono fatti. Tuttavia, esistono delle evidenze indirette dell’esistenza dei buchi neri.

Le evidenze indirette

Quando un buco nero fa parte di un sistema binario di stelle, esso strappa il gas più esterno della compagna e lo risucchia. Questo gas si mette in rotazione, formando un disco attorno al buco nero, che ruota anch’esso sul proprio asse; da questo disco, pian piano cade dentro al buco nero.

Durante la caduta, la materia raggiunge altissime temperature ed emette raggi X: è proprio attraverso questa radiazione che un buco nero può essere rivelato.

Un altro fenomeno che permette di scorgere indirettamente un buco nero è l’effetto di “lente gravitazionale” che esso esercita. In condizioni normali, la radiazione percorre una traiettoria rettilinea; quella che passa abbastanza vicino ad un buco nero, invece, viene incurvata a causa del suo intenso campo gravitazionale. Se un buco nero si trova tra noi ed un oggetto, produce due o più immagini dello stesso oggetto.

La radiazione di Hawking

A volte le immagini prodotte da una lente gravitazionale sono più di due. In realtà un buco nero non è del tutto nero: esso emette particelle, in quantità inversamente proporzionale alla sua massa, portando ad una sorta di evaporazione.

Questo fenomeno, dimostrato per la prima volta dal fisico Stephen Hawking nel 1974, è noto come radiazione di Hawking ed è alla base della termodinamica dei buchi neri.

Spesso si pensa che un buco nero possa inghiottire tutto quello che gli sta intorno, in realtà l’attrazione gravitazionale che esso esercita su un corpo dipende dalla distanza del corpo stesso: solo se un corpo si avvicina troppo viene catturato da questo gigantesco imbuto spaziale.