Viaggio all’interno di un buco nero (Parte 8 – Come un guscio di noce in un vortice)

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

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Viaggio all’interno di un buco nero (Parte 8 – Come un guscio di noce in un vortice)

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

Fin qui, lo ricordiamo, abbiamo assunto che il nostro buco nero fosse elettricamente neutro e non rotante. Sulla carica elettrica, niente da dire. Finora, non è mai stato osservato un buco nero elettricamente carico, o almeno così si pensa (anche perché non se ne vede il motivo, dato che non sono mai stati visti né stelle né pianeti elettricamente carichi). Riguardo alla rotazione, però, la situazione è opposta. Nessuno sa veramente se Sagittarius A* ruoti intorno a se stesso come una trottola, ma si ritiene che tutti i buchi neri – così come tutti i corpi celesti noti – abbiano una qualche velocità di rotazione, per quanto piccola. Non è una buona notizia. In un buco nero rotante, si celerebbero insidie in grado di devastare la più robusta delle astronavi.

Immaginiamo una vasca piena d’acqua in cui si tolga il tappo sul fondo…

In queste megatrottole spazio-temporali, infatti, a complicare le cose c’è la forza centrifuga, che si oppone parzialmente alla gravità e spinge tutti gli oggetti verso l’esterno. Va chiarito che la forza centrifuga non è una forza reale, è una forza fittizia, cioè che si manifesta nei sistemi di riferimento accelerati, come quelli in rotazione. È quello che avviene in una lavatrice a fine lavaggio: il cestello si mette a girare vorticosamente e i panni vengono spinti verso l’esterno. Quella spinta verso l’esterno, definita nel sistema rotante del cestello in movimento, è la forza centrifuga.

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).

Nell’ergosfera

Immaginiamo una vasca piena d’acqua in cui si tolga il tappo sul fondo. La vasca si svuoterà, e l’acqua che esce formerà un vortice. Allo stesso modo, un buco nero rotante trascina con sé lo spazio-tempo in rotazione. E noi, sulla nostra astronave, saremmo come un guscio di noce nel vortice di una vasca che si svuota. Come in una lavatrice, saremmo soggetti a una forza centrifuga che ci spinge verso l’esterno, opponendosi in parte alla gravità che ci attrae fatalmente verso il centro.

In un buco nero rotante, la forza centrifuga comincia a farsi sentire fuori dall’orizzonte degli eventi e aumenta quanto più ci si avvicina al centro. Non ci sono più le orbite circolari di cui abbiamo parlato prima. E si può definire una superficie, che prende il nome di ergosfera, all’interno della quale è impossibile per qualsiasi astronave usare i propri motori – per quanto potenti – per opporsi alla rotazione dello spazio-tempo che la trascina con sé, come il guscio di noce nel gorgo della vasca del nostro esempio.

Caduta a spirale

In una situazione del genere, si può dire addio a qualsiasi traiettoria rettilinea: tutto cade a spirale verso il centro. E, con traiettorie di questo tipo, anche la nostra esperienza è diversa. In questo caso, durante il viaggio vedremmo l’orizzonte degli eventi davanti a noi, in basso (cioè verso il buco nero), e il cielo stellato in rotazione alle nostre spalle. Le dimensioni apparenti dell’orizzonte degli eventi aumenterebbero istante dopo istante, anche dopo che avremo varcato l’orizzonte degli eventi, fino a occupare metà del campo visivo: da una parte avremmo il cielo, dall’altra il buco nero. E noi in mezzo, puntando verso la linea di separazione. Lo spazio e il tempo sono talmente distorti e mischiati tra loro che ogni paragone con una traiettoria spaziale a noi familiare salterebbe. Qui ci si potrebbe aspettare di tutto, se soltanto i calcoli fossero attendibili. Ma, purtroppo, lo sono solo fino a un certo punto. E il perché sarà chiaro tra poco.

Orizzonte nell’orizzonte

Ci stiamo infatti per scontrare con la fine catastrofica del nostro lungo viaggio. Come se non bastasse un orizzonte, infatti, un buco nero rotante ne ha due. Oltre all’orizzonte degli eventi, c’è un orizzonte interno, dove convergono le radiazioni e le particelle che provengono da due direzioni diverse. Da una parte, ci sono le particelle che entrano nel buco nero ruotando nella sua stessa direzione; dall’altra quelle che entrano ruotando in direzione opposta. Questi due fasci seguono traiettorie distinte, che entrano in collisione nell’orizzonte interno generando energie straordinarie, paragonabili a quelle del Big Bang. È un po’ quel che accade negli acceleratori di particelle, come quelli del Cern di Ginevra. Ma nessun acceleratore di particelle sulla Terra potrà mai eguagliare le energie che si raggiungono all’interno di un buco nero rotante. Come il fondo di una cascata, l’orizzonte interno è il luogo in cui si scatena l’inferno.

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

Immaginate il fondo delle cascate del Niagara, e supponete che l’energia prodotta dall’impatto possa accelerare ulteriormente la caduta dell’acqua, per rendere quello stesso impatto più energetico. La situazione esploderebbe in un attimo, l’energia aumenterebbe oltre ogni misura. Ecco. È quel che accade nel cuore di un buco nero rotante.

Dove la teoria fallisce

Ed ecco perché qui, ancora una volta, le nostre teorie falliscono. Le enormi energie in gioco nell’orizzonte interno perturbano in modo significativo la struttura del buco nero, portando a instabilità di cui difficile, se non impossibile, determinare lo sviluppo. Di certo, la nostra esistenza arriverebbe alla fine, in quanto ci troveremmo polverizzati in particelle, indistinguibili da tante altre provenienti da altrove nell’universo, ed entrate in direzione opposta nello stesso buco nero.

(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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