Cosa sono i buchi neri

Aggiornato il 13 Febbraio 2023

Un buco nero è un oggetto celeste che possiede una massa molto grande (da qualche decina a miliardi di masse solari) racchiusa in un volume relativamente piccolo. In prima approssimazione infatti possiamo considerare un buco nero una sfera la cui superficie esterna è detta orizzonte degli eventi. Il raggio massimo di tale sfera è il raggio di Schwarzschild. Per farsi un’idea delle proporzioni: la massa del Sole è circa un milione di volte la massa della Terra, quindi un buco nero (stellare) ha una massa di circa una decina di milioni di volte la massa della Terra e questa massa è racchiusa in un raggio approssimativamente di 30 km (circa la distanza in linea d’aria tra Milano e Lodi).
Il termine “buco nero” è relativamente recente, infatti è stato utilizzato per la prima volta dall’astrofisico teorico John Archibald Wheeler nel 1967 durante una conferenza a New York, ma già alla fine del ‘700 John Mitchell e poi Pierre-Simone de Laplace avevano capito che nell’Universo ci sono dei corpi celesti per i quali la velocità di fuga è maggiore della velocità della luce e li chiamarono “stelle oscure”. Bisognerà però aspettare il 1915-16, con la formulazione della relatività generale da parte di Albert Eintein e la soluzione delle equazioni di campo da parte di Karl Schwarzschild, per avere una definizione teorica di buco nero e gli anni ’70 per le prime prove osservative della loro esistenza.
I buchi neri sono oggetti celesti esotici e i fisici stanno ancora lavorando per capire a fondo il loro funzionamento, affrontando le teorie della relatività e anche la fisica quantistica. A livello intuitivo però possiamo capire il perché un corpo che si avvicina a un buco nero viene inglobato e non può più scappare facendo un ragionamento semplificato come fecero Mitchell e Laplace.
La legge della gravitazione di Newton prevede che un oggetto subisca una forza di gravità direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza. Questo significa che un oggetto che si avvicina a un buco nero subirà un’accelerazione proporzionale a questa forza, cioè proporzionale a una massa molto grande e sempre più grande, man mano che l’oggetto si avvicina. Tale accelerazione farà aumentare la sua velocità fino a farlo cadere nel buco nero. È questo il motivo per cui i buchi neri attirano tutti gli oggetti celesti che si avvicinano.
Proviamo ora a fare lo stesso ragionamento al contrario.
Per poter uscire dal buco nero bisogna avere una velocità più grande di quella raggiunta nel momento dell’avvicinamento. Calcolando questa velocità ci si accorge che è necessaria una velocità maggiore della velocità della luce. Gli oggetti dotati di massa non sono in grado di andare a una velocità così grande e anche la luce stessa non può propagarsi a velocità maggiori di 300 milioni di metri al secondo. Per questo motivo un corpo (stella o gas) che viene inglobato in un buco nero non può più uscirne, ma non può più uscire nemmeno la luce. Il buco nero quindi non emette alcuna radiazione luminosa.
I buchi neri infine possono essere suddivisi in diverse categorie:
I buchi neri stellari nascono dalla “morte” di stelle massicce (qualche decina di masse solari): quando stelle così massicce smettono di produrre al loro interno le reazioni nucleari, viene a mancare la pressione diretta verso l’esterno, che manteneva la stella in equilibrio opponendosi alla gravità. L’attrazione gravitazionale ha quindi la meglio e il nucleo collassa su sé stesso. In questo modo buona parte della massa della stella viene concentrata in un volume molte volte più piccolo. Parte della massa invece viene persa nell’esplosione di supernova dell’inviluppo esterno.
Ci sono poi i buchi neri di massa intermedia e i buchi neri super massicci che nascono dalla fusione di buchi neri più piccoli. I buchi neri super massicci si trovano al centro di ogni galassia e guidano il movimento di tutte le stelle appartenenti ad essa. Per esempio, al centro della nostra galassia c’è un buco nero di massa pari a un milione di masse solari e raggio pari a 10 milioni di km, chiamato dagli astronomi Sagittarius A*, questo poiché dalla Terra, il centro galattico è osservabile attraverso un braccio della Via Lattea, chiamato braccio del Sagittario, poiché la parte più densa di questo braccio è osservabile nella costellazione del Sagittario.