I Buchi Neri

Oggetti misteriosi presenti nel Cosmo

 

«Un tempo per la meraviglia alzavamo al cielo lo sguardo sentendoci parte del firmamento, ora invece lo abbassiamo preoccupati di far parte del mare di fango.»            Joseph Cooper (protagonista film Interstellar)

 

La collezione di oggetti celesti sembra accrescersi continuamente.

Dopo stelle, pianeti, galassie, meteoriti e Stelle Cometa (visto il periodo), altre strutture o entità cosmologiche accrescono la nostra conoscenza di ciò che sta oltre le nuvole, oltre le stelle, oltre ogni distanza immensa e inimmaginabile.

Il cielo è stato osservato sempre con meraviglia, fin dai tempi più antichi, quando non esisteva ancora l’inquinamento chimico e luminoso delle grandi città. I popoli del passato hanno osservato, da sempre, il moto delle stelle fisse, del sole e dei pianeti, provando quello smarrimento che solo i poeti e scrittori di tutti i tempi conoscono e condividono con i loro lettori.

L’Uomo si è sempre sentito piccolo di fronte all’immensità del cielo notturno, eppure non poteva neppure immaginare che quella sensazione di smarrimento sarebbe aumentata fino all’inverosimile, con le scoperte dovute alle nuove tecnologie.

Proprio in questo ultimo periodo, che possiamo grossolanamente collocare all'inizio nel XX secolo, sono state fatte delle incredibili scoperte che hanno da un lato spalancato la consapevolezza verso l’immensa dimensione di un universo difficile da immaginare, dall’altro hanno reso ancora più evidente la nostra ignoranza sui meccanismi e sugli eventi che stanno dietro alle dinamiche interplanetarie.

Vi sono tre nuovi Elementi che compaiono nei testi dedicati all’Astrofisica, in comune hanno un nome che evoca la loro misteriosa natura e forse qualche inquietante riferimento che alimenta paure ataviche, accuratamente celate nell’inconscio collettivo:

Buchi neri, Energia oscura e Materia oscura.

In questo articolo ci occuperemo solo deì primi.

Un buco nero è un oggetto invisibile, circondato da un Campo, definito “Orizzonte degli eventi” che ne denuncia la presenza.

Il termine “Buco Nero” venne formulato nel 1967 dal fisico americano  John Archibald Wheeler.

Si tratta di una zona del cielo che può avere differenti dimensioni e una massa invisibile che possiede una Forza di Gravità così elevata da non permettere neppure ai fotoni della luce di liberarsi nello spazio.

Quando parliamo della Forza di Gravità, pensiamo a quella causa che ci tiene ancorati alla crosta terrestre, quella forza che impedisce a chi si trovi al Polo Sud di cadere nel vuoto, come si pensava un tempo e come pensano ancora oggi i simpatici Terrapiattisti....

Se sulla Terra pesiamo circa 70 chili sulla Luna peseremmo molto meno, non perché siamo dimagriti ma perché la massa della Luna è inferiore a quella della Terra e quindi l’attrazione sarà minore.

Nel caso dei buchi neri succede l’opposto, la forza che ci attrarrebbe sarebbe quasi infinita ed entrerebbero in gioco altri valori fisici, e altre misure dovute alle leggi della Relatività einsteniana che, come diremo, ne stravolgerebbero la descrizione.

Da Wikipedia ricaviamo la seguente definizione: In astrofisica  un buco nero è un corpo celeste con un campo gravitazionale così intenso da non lasciare sfuggire né la materia, né la radiazione elettromagnetica, ovvero, da un punto di vista relativistico, una regione dello spaziotempo con una curvatura talmente grande che nulla dal suo interno può uscirne, nemmeno la luce essendo la velocità di fuga superiore a "c" (velocità della luce).

Proviamo ad immaginare di lanciare un sasso verso l’alto, in base all’energia che imprimeremo alla pietra questa salirà sempre di più, ma dopo aver raggiunto una certa altezza si fermerà e cadrà nuovamente a terra. Per poter lanciare il sasso fuori dal campo gravitazionale terrestre dovremo ospitarlo dentro un razzo, di adeguate caratteristiche, e proiettarlo nello spazio.

Se dovessimo lanciare un oggetto fuori dall’orbita terrestre, senza imprimergli altra forza durante il tragitto, come nel caso dei razzi, dovremmo lanciarlo a 40.000 Km/h. Risulta evidente che neppure una fucilata potrebbe essere sufficiente. I razzi ottengono la possibilità di fuggire dall’attrazione terrestre solo perché grazie ai loro propellenti, riescono ad accelerare fino alla velocità di 25.000 Km/h, raggiungendo i 9.000 Km di altezza. Raggiunto questo ambizioso traguardo il razzo, per sola inerzia, riuscirà ad allontanarsi indefinitivamente dalla Terra, senza ulteriore propulsione.

Torniamo ai buchi neri: abbiamo visto che per riuscire a sfuggire alla gravità terrestre dovremmo avere una velocità iniziale di 40.000Km/h, che corrispondono a 11,2 Km/sec. Invece per sfuggire alla gravità della Luna (molto più piccola) sarebbe sufficiente una velocità iniziale di 2,3 Km/sec.  Al contrario per decollare dal Sole (molto più grande) servirebbe una velocità di 613,3 Km/sec.

La vera sorpresa ce la riservano i Buchi Neri, poiché per riuscire a sfuggire alla loro mostruosa forza di gravità non sarebbe neppure sufficiente raggiungere i 300.000 Km/sec, che è la velocità della luce e rappresenta la massima velocità possibile e compatibile con la Fisica di Einstein.

Dal momento che i fotoni viaggiano ad una velocità prossima a quella della luce, neppure loro riescono a sfuggire al buco nero… che risulterà invisibile agli strumenti proprio per questo motivo.

Abbiamo detto che esiste una zona di confine che delimita i bordi del Buco Nero, detta Orizzonte degli eventi. Oltre questa zona non possiamo andare se non con l’immaginazione.

Si tratta di una sorta di vortice gigantesco, parliamo di decine di diametri solari, che inghiotte voracemente qualsiasi cosa gli si avvicini. In quella zona non si esercitano più le note leggi della Fisica, si esprimono unicamente quelle della Fisica quantistica che sono assolutamente controintuitive.

Da qui l’enorme difficoltà a descrivere il fenomeno.

Un fatto straordinario è che quando un oggetto oltrepassa l’Orizzonte degli eventi e cade nel Buco nero, secondo l’ipotesi di Stephen Hawking, perderebbe qualsiasi tipo d’informazione, resettandosi strutturalmente e diventando un oggetto indefinibile.

Questa ipotesi si tradusse nel paradosso dell'informazione del buco nero (traduzione dell'inglese black hole information paradox). L'idea propone che l'informazione fisica potrebbe "sparire" in un buco nero, permettendo a molti stati fisici di evolvere nello stesso identico stato. Questo è un argomento controverso poiché esso viola la dottrina comunemente accettata

Risulta pleonastico giocare con le ipotesi per tentare di comprendere la Fisica dei Buchi neri, gli stessi scienziati ammettono che vi siano delle difficoltà oggettive che impediscono qualsiasi tipo di “comprensione” e di analisi intuitiva di questo oggetto celeste.  Il lato opposto della medaglia consiste nella rara opportunità di creare delle nuove ipotesi, spesso fantascientifiche, che alimentano le strutture narrative di numerosissimi romanzi o le sceneggiature di film.

Un esempio per tutti “Interstellar”, un film del 2014 diretto da Christopher Nolan. Il fisico teorico, Kip Thorne, è stato produttore esecutivo e ha contribuito al film come consulente scientifico.

Il concetto più significativo che emerge dalla sceneggiatura è quello della relatività del tempo.

Durante il viaggio nello spazio, che l’astronave compie alla ricerca di mondi vivibili, l’equipaggio raggiunge un pianeta molto vicino al Buco Nero Gargantua, la cui forza di Gravità rallenta lo scorrere del tempo, al punto che, per ogni ora trascorsa sulla superficie del pianeta, sulla Terra trascorrono 7 anni.

Un esempio concreto che sonda i misteri della Relatività del tempo, nel rispetto assoluto della Fisica einsteniana.

Gli altri aspetti misteriosi del nostro Cosmo, Materia ed Energia oscura, li affronteremo prossimamente.

 

 

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Articolo pubblicato il 25/12/2021