L'affascinante e misterioso buco nero (Black Hole)

Immaginate una bolla di sapone dal diametro di 30 cm. Sarebbe facile distruggerla, per esempio bucarla con uno spillo. Ma non facciamolo.

Fingete invece che quella bolla sia una cosa chiamata Orizzonte degli Eventi.

Questo orizzonte degli eventi divide lo spaziotempo (io chiamo spaziotempo quello che comunemente è noto come spazio) in due parti: al di fuori della "bolla" gli eventi possono ancora essere visti, dentro la bolla non si vedono più. Adesso cercherò di spiegare il perché.

Immaginate un tappeto elastico, come quelli usati dai ginnasti per saltare e fare le capriole. Normalmente il tappeto sta fermo in posizione orizzontale. Ora prendiamo una grossa palla di cannone (di ferro), quelle sparate dai vascelli a vela durante le guerre napoleoniche. E mettiamo la palla sul tappeto. Che succederà? Il peso della palla produrrà un infossamento sul tappeto. Ora prendiamo una pallina da ping-pong. Tiriamola rasente il tappeto con forza, quasi in direzione della palla di cannone, ho detto quasi… Un po' di lato magari. Che farà la pallina? Quando arriverà vicina alla palla di ferro invece di filare dritta sarà indotta a curvare verso la palla di ferro dall'infossatura che questa ha provocato sul tappeto.

Problema: il tappeto ha solo due dimensioni, lunghezza e larghezza. Però con un salto di qualità della vostra fantasia, immaginate lo spaziotempo a tre dimensioni (col Tempo in realtà sono 4, ma non divaghiamo). Se sul tappeto-spaziotempo mettiamo un oggetto massiccio - pesante per capirci - come una stella, o anche un pianeta, che accade? Accade che lo spaziotempo si curva! Esattamente come il tappeto.

Ai tempi di Newton si pensava che la gravità del Sole tenesse al guinzaglio la Terra e gli altri pianeti grazie a una FORZA, la forza di gravità appunto, che agiva istantaneamente a distanza. Poi quel rompiscatole di Einstein ha scoperto che nulla agisce istantaneamente, essendo la massima velocità raggiungibile nel vuoto quella della luce, che chiameremo 'c' da celerità.

O meglio, lo ha ipotizzato nelle sue due Teorie della Relatività. La sua ipotesi si è rivelata esatta – senza entrare nel dettaglio. Pertanto come fa il Sole a controllare il moto della Terra?

La spiegazione è quella suddetta, circa il tappeto-spaziotempo. La presenza di massa (una stella) comporta una curvatura dello spaziotempo, per cui un pianeta va diritto per la sua strada, ripeto diritto… ma siccome lo spazio in cui si muove è di per sé curvo, ecco che in pratica il pianeta fa una curva intorno all'oggetto massiccio, così come la pallina da ping-pong ha curvato verso la palla di ferro. Accade lo stesso alla Luna a causa della massa terrestre che incurva lo spazio intorno a se. E ovviamente accade così per tutti i corpi celesti, pianeti, satelliti, asteroidi (molti asteroidi hanno le loro "lune"…)

Adesso prendiamo in esame un altro fattore che ci avvicinerà ai buchi neri: la velocità di fuga. Per staccarsi dalla Terra un razzo deve avere una velocità di fuga, che è di 11,2 km/s alla superficie. Altrimenti ricadrebbe. Attenzione: ho detto alla superficie.

Infatti la gravità agisce come se ci fosse solo il punto centrale del corpo massiccio. Ovvero, diciamo, il centro della Terra. Se il nostro pianeta avesse tutta la sua materia in formato più denso, avrebbe un volume inferiore, e di conseguenza un diametro inferiore (e il raggio). In pratica la superficie non sarebbe a 6350 km dal centro, ma sarebbe più vicina al centro. Siccome in base a questo esperimento mentale la Terra conserva tutta la sua massa, la velocità di fuga della Terra, alla superficie, sarebbe maggiore. E accadrebbe il contrario se nel nostro esperimento mentale la Terra fosse meno densa e quindi con volume/diametro/raggio maggiori: avrebbe in questo caso velocità di fuga minore.

Alle stelle accade veramente che la loro massa, rimanendo quasi inalterata, crolli su se stessa riducendo il volume, diametro, raggio. Insomma diventa più piccola pur conservando quasi intatta la sua massa. Ciò accade alle supernove, stelle che esplodono nel momento della loro "morte". Senza entrare troppo in dettaglio, quando la massa della stella esplosa si ritrova in un volume inferiore, come spiegato più sopra, la sua velocità di fuga aumenta. Si arriva così al punto che tale velocità di fuga, a forza di aumentare, arriva a eguagliare 'c', la velocità della luce. Dopo di ché né materia né luce possono sfuggire da quello che è chiamato, opportunamente, Orizzonte degli Eventi.

Cosa accade alla materia quando oltrepassa quell'orizzonte? La materia continuerebbe ad affondare nella "bolla" fino ad arrivare al centro del buco nero. Ricordate? Ho detto che la gravità si concentra al centro del corpo massiccio. Ovviamente gli effetti mareali della gravità frantumerebbero l'incauta astronave che osasse avvicinarsi troppo al buco nero. Ma le singole particelle non sarebbero frantumate, finirebbero dunque al centro del buco nero. Cosa accade loro non lo sappiamo. Contribuiscono certamente ad aumentare la massa del buco nero, che però starebbe tutta nel centro… e avrebbe una densità infinita. E quando entrano in ballo gli infiniti, la fisica smette di funzionare. La matematica no, può gestire gli infiniti, ma un buco nero non è matematica, è un oggetto fisico.

Si fanno molte congetture su cosa accada alla materia che affonda nel buco nero, ma sono mere ipotesi. campate in aria più o meno, a mio avviso.

Giugno 2019, Antonio Garofalo