L'evento sarà offerto in diretta dall'ESO sul link: https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=Dr20f19czeE

L'ineffabilità dei buchi neri e l'immagine rivoluzionaria

Paolo Vella

09 Aprile 2019 - 10:53

L'ineffabilità dei buchi neri e l'immagine rivoluzionaria

Dopo due anni trascorsi a elaborare un’immensa mole di dati sul buco nero supermassiccio Sagittarius A*, gli scienziati del progetto Event Horizon Telescope sono pronti per un annuncio definito “rivoluzionario”. Domani, mercoledì 10 aprile alle 15 del pomeriggio, infatti, assieme ai membri della Commissione Europea e del Consiglio Europeo della Ricerca terranno una conferenza stampa nella quale, con altissima probabilità, verrà mostrata la prima, storica immagine di un buco nero. Per provare ad immortalare Sagittarius A*, che ha una massa 4 milioni di volte quella del Sole e che dista 25 mila anni luce dalla Terra, gli scienziati hanno usato una rete globale di strumenti, otto potentissimi radiotelescopi come il South Pole Telescope, l'ALMA in Cile e il James Clerk Maxwell alle Hawaii. Ad aprile 2017 si è conclusa la raccolta di ben 10 Petabyte di dati salvati in oltre mille hard disk, che in questi due anni sono stati accuratamente elaborati dagli scienziati per ottenere lo scatto. I voracissimi buchi neri, che non lasciano sfuggire qualunque tipo di radiazione elettromagnetica, sono tecnicamente invisibili ai nostri strumenti, siano essi sensibili ai raggi X, alla luce visibile (ottici), agli infrarossi o di altro tipo. Ecco perché fino ad oggi non ne abbiamo mai visto uno. Ma allora come hanno fatto gli ambiziosi scienziati dell'Event Horizon Telescope a tentare la storica impresa? Tutto ruota attorno al concetto di “orizzonte degli eventi”. I buchi neri sono circondati da una sorta di “aura”, superata la quale non è possibile tornare indietro; si verrebbe irrimediabilmente risucchiati dal cuore di tenebra. Anche la luce non può sfuggire all'attrazione gravitazionale del buco nero, una volta superato il confine dell'orizzonte degli eventi. Si tratta di uno dei luoghi più turbolenti dell'Universo, dove vorticano miscele di gas e polveri mentre il buco nero continua a divorare materia, stelle comprese, la cui luce rappresenta un ulteriore ostacolo nell'osservazione dei misteriosi cuori di tenebra. È proprio questo confine che dovremmo riuscire a vedere nell'immagine dell'ETH. A tutt'oggi non è possibile indagare empiricamente lo stato della materia interna ad un buco nero: le consuete leggi fisiche, che valgono esternamente all'orizzonte degli eventi, diventano, oltre il suo confine, valutabili solo teoricamente perdendo certezza in prossimità del suo baricentro, fino a considerarsi non valide nel suo punto di estrema concentrazione massiva e gravitazionale.
Ma come nascono i buchi neri?
Verso il termine del ciclo vitale di una stella, dopo aver consumato tramite fusione nucleare il 90% dell'idrogeno trasformandolo in elio, nel nucleo di questa si arrestano le reazioni nucleari. La forza gravitazionale, che prima era in equilibrio con la pressione generata dalle reazioni di fusione nucleare, prevale e comprime la massa della stella verso il suo centro. Quando la densità diventa sufficientemente elevata può innescarsi la fusione nucleare dell'elio, in seguito alla quale c'è la produzione di litio, azoto e altri elementi (fino all'ossigeno e al silicio). Durante questa fase la stella si espande e si contrae violentemente più volte espellendo parte della propria massa. Le stelle più piccole si fermano ad un certo punto della catena e si spengono, raffreddandosi e contraendosi lentamente, attraversano lo stadio di nana bianca e nel corso di molti milioni di anni diventano una sorta di gigantesco pianeta.
Se invece il nucleo della stella supera una massa critica, detta limite di Chandrasekhar e pari a 1,44 volte la massa solare, le reazioni possono arrivare fino alla sintesi del ferro. La reazione che sintetizza il ferro per la formazione di elementi più pesanti è endotermica, richiede energia invece che emetterne, quindi il nucleo della stella diventa una massa inerte di ferro e non presentando più reazioni nucleari non c'è più nulla in grado di opporsi al collasso gravitazionale. A questo punto la stella subisce una contrazione fortissima che fa entrare in gioco la pressione di degenerazione tra i componenti dei nuclei atomici. La pressione di degenerazione arresta bruscamente il processo di contrazione, ma in questo caso può provocare una gigantesca esplosione, detta esplosione di supernova di tipo II. Durante l'esplosione quel che resta della stella espelle gran parte della propria massa, che va a disperdersi nell'universo circostante. Quello che rimane è un nucleo estremamente denso e massiccio. Se la sua massa è abbastanza piccola da permettere alla pressione di degenerazione di contrastare la forza di gravità si arriva ad una situazione di equilibrio e si forma una stella di neutroni.
Se la massa supera le tre masse solari non c'è più niente che possa contrastare la forza gravitazionale. Inoltre, secondo la Relatività generale, la pressione interna non viene più esercitata verso l'esterno (in modo da contrastare il campo gravitazionale), ma diventa essa stessa una sorgente del campo gravitazionale rendendo così inevitabile il collasso infinito. A questo punto la densità della stella morente, ormai diventata un buco nero, raggiunge velocemente valori tali da creare un campo gravitazionale talmente intenso da non permettere a nulla di sfuggire alla sua attrazione, neppure alla luce.
Per ulteriori informazioni sull'evento seguiteci giovedì in edicola.

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