Spazio: cos’è un buco nero?

I buchi neri sono oggetti spaziali estremamente misteriosi. Di cosa sono fatti? E perché sono “neri”?

Tra gli oggetti più bizzarri e misteriosi dell’universo ci sono sicuramente i buchi neri, masse invisibili che possiamo rilevare soltanto per i segni che lasciano nello spazio. Ma cosa sono con esattezza? E perché appaiono “neri”?

L’essenza di un oggetto tanto denso quanto impercettibile è racchiusa nella teoria generale della relatività di Albert Einstein, che fu il primo a suggerire la presenza di stranezze simili nel nostro universo. Secondo le equazioni della teoria, i buchi neri sono conseguenze del collasso di stelle massicce, frantumate a una densità estrema durante le esplosioni di supernove. In alcuni casi, un solo buco nero può essere il risultato della morte di milioni o di miliardi di stelle.

La prima formulazione matematica di un buco nero risale al 1916, per opera del matematico tedesco Karl Schwarzschild, ma la sua definizione fu coniata soltanto nel 1967 dal fisico John Wheeler. Fino agli anni ’70, i buchi neri non erano considerati reali, ma congetture matematiche. Fu soltanto nel 1971 che, grazie al progresso nelle tecniche osservative, avvenne la prima scoperta fisica di un buco nero, Cygnux X-1, che confermò l’effettività di questi oggetti.

Ciò che contraddistingue un buco nero da tutti gli altri oggetti spaziali conosciuti – e che gli conferisce tale definizione – è l’assenza di luce, che è anzi risucchiata dallo stesso. I buchi neri sono infatti aree dello spazio con un campo gravitazionale talmente forte da inglobare qualunque cosa, anche la luce.

Questi oggetti misteriosi sono distinguibili in due tipologie principali. La prima è il cosiddetto buco nero di massa stellare, che si forma con i resti provenienti dall’esplosione di una stella con una massa pari a 5 volte quella del nostro sole. Il nucleo della supernova viene improvvisamente e violentemente compresso dalla gravità e a tal punto può trasformarsi – a seconda della massa – in una stella di neutroni, o collassare in un buco nero. Un buco di questo genere può arrivare ad avere una massa pari a 60 volte circa quella del nostro sole.

L’altro tipo è detto buco nero supermassiccio, che può raggiungere una massa pari a molti miliardi di volte quella del nostro sole ed è ancora oggi oggetto di numerose ricerche. Secondo le teorie, l’enorme massa di questi buchi non è riconducibile al collasso di stelle, bensì ad un’origine molto più antica, forse dal collasso di enormi nuvole di idrogeno interstellare, o dalla fusione con altri buchi neri. Gran parte delle galassie ha un buco nero supermassiccio al centro, come accade per la Via Lattea, il cui centro, Sagittarius A, corrisponde a 4 milioni di volte la massa solare e ha un diametro di circa 60 milioni di chilometri.

Ma cosa c’è dentro un buco nero?

Per definizione, non possiamo saperlo: nessuna informazione può sfuggire all’attrazione gravitazionale di un buco nero. Le teorie astrofisiche suggeriscono che tutta la massa del buco nero si concentra in un punto di densità infinita, noto come singolarità, che da origine alla forza gravitazionale così potente. Ma, più propriamente, al centro di un buco nero c’è senz’altro il limite della fisica nota, dove condizioni estreme lasciano spazio alla quantistica. Non avendo ancora una teoria quantistica della gravità, è impossibile descrivere ciò che esiste realmente al centro di un buco nero.

Ciò che possiamo affermare con certezza è l’esistenza di un confine attorno al buco nero, altrimenti detto orizzonte degli eventi, oltre il quale è impossibile sfuggire alla sua gravità. Qui è dove qualsiasi oggetto viene ridotto con violenza alle sue particelle subatomiche costituenti, dove la velocità dell’attrazione verso il centro del buco nero raggiunge la velocità della luce.

L’immagine è stata ottenuta grazie ai raggi X irradiati dall’attrito di particelle di collisione nel disco di accrescimento, un processo che avviene quando alla vicinanza di stelle o gas, il buco nero si “nutre” della loro materia, attirandola verso l’interno. Un risultato straordinario che, oltre a dimostrare ogni ragionevole dubbio che esistono buchi neri, rappresenta la nascita di un nuovo ramo dell’astronomia osservativa e ha permesso di testare direttamente i modelli di comportamento del buco nero della relatività generale.