Nel 1915, mentre l’Europa si avviava verso la catastrofe della prima guerra mondiale, Albert Einstein pubblicava le equazioni finali della sua Teoria della Relatività Generale. Erano equazioni molto complicate e lo stesso Einstein era scettico sulla possibilità di trovarvi soluzioni esatte.
Tuttavia da esse si potevano già dedurre alcuni fatti fisici rivoluzionari rispetto alla fisica classica di Newton, riassunti in Fig.1.
a) Un corpo massivo deforma la metrica dello spazio-tempo intorno a sè.
Significa che nel punto A il tempo scorre più lentamente che nel punto B (due orologi posti in A e in B segneranno tempi diversi) e che lo spazio, idealmente rappresentato con una maglia, si accorcia approssimandosi al corpo massivo.
b) Un raggio di luce subisce una deviazione in prossimità del corpo massivo.
(Questi sono fatti che negli anni a seguire sono stati ampiamente verificati sperimentalmente).
Nel 1916 un tenente dell’artiglieria tedesca, tale Karl Schwarzchild, scrisse una lettera a Einstein nella quale diceva che …
”nonostante il fuoco delle mitraglie, si era dilettato con le sue equazioni e ne aveva trovato una soluzione esatta”.
Nella soluzione di Karl c’era qualcosa di nuovo: se tutta la massa del corpo è estremamente concentrata esiste una superficie sferica (in seguito chiamata orizzonte degli eventi) intorno al corpo, dove qualsiasi orologio si ferma e un raggio di luce proveniente dall’interno viene deviato al punto di non poter uscire dalla superficie.
Questo strano oggetto venne chiamato buco nero.
Un buco nero è una massa così compatta, così schiacciata su se stessa che nulla può più scappare dalla sua mostruosa forza di attrazione gravitazionale, neppure la luce. Tutto può entrare attraverso l’orizzonte degli eventi, nulla può uscirne! (Fig. 2).
Fino agli inizi degli anni settanta questo oggetto veniva considerato una congettura matematica più che un oggetto fisicamente reale perché bisognava avere masse spaventosamente concentrate affinché potesse esistere. Per esempio dovremmo comprimere la Terra in una pallina di un centimetro per farla diventare un buco nero.
Non ci possono essere cose così compresse nell’Universo, si diceva.
Ma nel 1972 gli astronomi notano nella costellazione del Cigno un oggetto molto compatto e oscuro (cioè invisibile all’occhio umano ma visibile ad un radiotelescopio) intorno al quale ruota una stella molto luminosa. Il fisico John Wheeler, che aveva ipotizzato l’esistenza dei buchi neri, disse che un buco nero
“è come un uomo vestito di nero che balla il valzer in una sala poco illuminata con una dama vestita di bianco”.
In altre parole, noi supponiamo che c’è un buco nero perché vediamo una stella che gli ruota intorno. Gli astronomi allora si concentrano sull’oggetto misterioso e riescono ad osservare la luce della materia che si stacca dalla stella e spiraleggia intorno all’oggetto, fino a scomparire nel nulla, o meglio, nel buco nero.
In Fig. 3 una immagine pittorica del sistema stella-buco nero.
Osserviamo che il vortice della materia è rosso perché a causa della tremenda compressione gravitazionale la materia si riscalda fino a milioni di gradi.
Negli anni successivi si troveranno e si studieranno altri oggetti simili nel cielo. La conclusione sarà inevitabile:
il cielo è pieno di buchi neri.
Oggi si stima che nella sola Galassia ce ne siano a decine di milioni.
E a proposito della Galassia c’è di più.
Nel 1974 ci si rende conto che certe onde radio che da sempre disturbavano le comunicazioni transatlantiche, provenivano dalla costellazione del Sagittario che sta al centro della nostra Galassia. Gli astronomi si concentrano su questa sorgente di onde radio e scoprono che al centro della Galassia c’è un buco nero gigantesco: la sua massa è milioni di volte più grande di quella del sole. Gli ruotano intorno molte stelle e ogni tanto qualcuna di queste che si avvicina troppo viene inesorabilmente divorata.
Colossali buchi neri sono stati osservati al centro di quasi tutte le galassie. Oggetti che divorano furiosamente stelle e gas intergalattico. Sono anche stati osservati buchi neri isolati con massa equivalente a un miliardo di masse solari. La materia che risucchiano ribolle a temperature di milioni di gradi producendo oggetti luminosi quanto una galassia di cento miliardi di stelle!
Il 10 aprile 2019 gli scienziati dell’Event Horizon Telescope (EHT), un consorzio di 8 radiotelescopi situati in ogni angolo del pianeta, dopo anni di lavoro, hanno finalmente svelato la forma reale di un buco nero, annunciando quella che è stata definita la “foto del secolo”, la prima immagine diretta della fascia più interna che avvolge un buco nero. L’immagine (Fig. 4) mostra il buco nero supermassiccio al centro della galassia M87, a circa 55 milioni di anni luce di distanza.
Essa rivela, in modo più dettagliato che mai, l’orizzonte degli eventi, la superficie oltre la quale la gravità è così forte che tutto ciò che la attraversa, anche la luce, potrà mai uscirne.
Bibliografia:
- Carlo Rovelli – “Ci sono luoghi al mondo dove più che le regole è importante la gentilezza” – Edizioni Corriere della Sera
Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.
