Viaggio all’interno di un buco nero (Parte 1 – Premessa)

Prima tappa di un percorso che ci accompagnerà nel più estremo dei viaggi. Quello all'interno di un buco nero.

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Viaggio all’interno di un buco nero (Parte 1 – Premessa)

Prima tappa di un percorso che ci accompagnerà nel più estremo dei viaggi. Quello all'interno di un buco nero.

Qual è il viaggio più estremo che si possa immaginare? L’Antartide. Banale. La luna? Già fatto. Marte? Ci arriveremo presto e andremo ben oltre. No, il viaggio più estremo che si possa concepire è al di là dei confini del Sistema solare, a molti anni luce da noi. Un viaggio senza ritorno ai confini dello spazio e del tempo: il viaggio in un buco nero.

Che cos’è un buco nero

Ormai lo sanno tutti: un buco nero è una zona dell’universo in cui la gravità è talmente intensa che niente, nemmeno la luce, può uscire. Più esattamente si dovrebbe dire che niente, nemmeno la luce, può uscire al di fuori di una superficie sferica detta “orizzonte degli eventi”. L’orizzonte segna il confine. Ciò che cade al suo interno è scollegato per sempre dalle nostre vite e da ogni nostra esperienza sensibile. Non ha più alcun rapporto di causa ed effetto con noi e con l’intero universo nel quale ci troviamo. Questo non vuol dire che sia impossibile andare a sbirciare che cosa accade lì. Si può fare benissimo, ma a un patto. Non pretendere di tornare indietro. Ogni azione ha le sue conseguenze. E le conseguenze del viaggio in un buco nero vanno valutate con attenzione. Varcare la soglia dell’orizzonte è un atto pensabile, possibile, realizzabile e concreto. Ma che non ammette ripensamenti.

Velocità di fuga

The Milky Way glitters brightly over ALMA
La Via Lattea sopra le antenne del radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), in Cile. Questo osservatorio fa parte della collaborazione Event Horizon Telescope, che ha effettuato la prima foto di un buco nero (ESO/B. Tafreshi, twanight.org).

Un buco nero si può definire anche in termini della sua velocità di fuga. Per chiarire questo concetto, immaginiamo di lanciare un sasso verso l’alto. Lo vedremmo salire fino a una certa altezza, e poi cadere sotto l’effetto della gravità. Quanto maggiore è la velocità con cui lo lanciamo, tanto più in alto lo vedremmo arrivare. La velocità di fuga è definita come la velocità oltre la quale non lo vedremmo più tornare indietro, perché il sasso sarebbe riuscito a sganciarsi dal campo gravitazionale terrestre. Per la Terra, in particolare, la velocità di fuga è pari a 11,2 chilometri al secondo, cioè circa 40 mila chilometri orari. Più o meno 33 volte la velocità del suono. Oltre quella soglia, un proiettile, un sasso, un razzo, o qualsivoglia altro oggetto materiale scagliato verso il cielo si perderà per sempre nel vuoto cosmico, e non tornerà più indietro.

Dunque, un buco nero si può definire anche così: è un corpo celeste per il quale la velocità di fuga supera la velocità della luce. E poiché nessun oggetto può essere più veloce della luce, ne segue che nulla può uscire da un buco nero. Rieccoci alla linea di partenza, da un altro punto di vista.

Stellari e galattici

Un’altra cosa da notare è che ci sono almeno due tipi di buchi neri. Ci sono i buchi neri stellari, e ci sono quelli galattici. I primi sono il risultato finale dell’evoluzione delle stelle più grandi. Nella nostra galassia si conoscono alcune decine di buchi neri di questo tipo. Sono bestie di tutto rispetto, con massa tipicamente di dieci o venti volte quella del sole, concentrata nel raggio di alcune decine di chilometri. Fino a non molto tempo fa si conoscevano solo loro. Ora, però, in angoli molto più remoti dell’universo, ne sono stati scoperti di dimensioni maggiori. Hanno venti, trenta, cinquanta e perfino sessanta masse solari, se non di più. Questi oggetti sono oggi di attualità, perché sono stati osservati più volte dai rivelatori di onde gravitazionali Ligo situati a Livingston e a Hanford, rispettivamente in Louisiana e nello Stato di Washington, negli Stati Uniti, e dal rivelatore Virgo nei pressi di Cascina, in provincia di Pisa. Quale sia l’origine di questi grandi buchi neri stellari non è ancora del tutto chiaro. Di certo, sono state osservate svariate coppie di buchi neri di questo tipo che, scontrandosi tra loro, danno vita a un buco nero più grande.

CoverI Buco Nero
La cover dell’ebook “Viaggio all’interno di un buco nero”, da cui è tratto questo post.

Oltre a quelli di origine stellare, ci sono i buchi neri giganti, che si trovano al centro delle galassie (compresa la nostra) e hanno massa di milioni, se non miliardi, di volte quella del sole. Un esempio è Sagittarius A*; un altro esempio è il buco nero nel centro della galassia Messier 87, diventato famoso perché è stato il primo a essere “fotografato” da una rete di radiotelescopi terrestri. L’origine di questi buchi neri giganti è in gran parte avvolta nel mistero. Non è chiaro, in particolare, se siano nati prima loro o le galassie che li ospitano. In ogni caso, sono molto più grandi dei loro cugini stellari: il loro orizzonte potrebbe inglobare la Terra, con tutta la sua orbita intorno al sole.

Come vedremo, entrare in uno o nell’altro di questi mondi, ossia i buchi neri stellari o quelli galattici, offre al turista spaziale due esperienze completamente diverse.

Prima o poi, si farà

Qualunque sia il buco nero che decidiamo di visitare, partiamo da un presupposto: tecnicamente il viaggio si può fare. È solo una questione di tempo, risorse, tecnologia. Prima o poi, c’è da giurarci, qualcuno lo farà. E allora apprestiamoci a partire, con il mezzo più evoluto che abbiamo a disposizione: la nostra mente. Per scoprire che, con questo volo dell’immaginazione, si possono imparare molte cose meravigliose e inaspettate sul mondo che ci circonda.

(Tratto dall’ebook Viaggio all’interno di un buco nero – continua)

Andrea Parlangeli
Andrea Parlangeli è fisico (PhD) e giornalista, caporedattore del mensile Focus. Appassionato di scienza, tecnologia e innovazione, nel 2019 ha conseguito un Executive MBA presso il MIP/Politecnico di Milano. Ha scritto diversi libri, tra cui Uno spirito puro. Ennio De Giorgi, genio della matematica (Milella 2015, Springer 2019) e Viaggio all’interno di un buco nero (StreetLib, 2019). È stato curatore di La nascita imperfetta delle cose (Rizzoli 2016) di Guido Tonelli, sulla scoperta del Bosone di Higgs, e La musica nascosta dell’universo (Einaudi 2018) di Adalberto Giazotto, sulla scoperta delle onde gravitazionali.

Il video

Le vibrazioni di una ragnatela trasformate in suoni, progetto di sonificazione realizzato al MIT di Cambridge, Usa (Ian Hattwick, Isabelle Su, Christine Southworth, Evan Ziporyn, Tomás Saraceno e Markus Buehler).

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