I buchi neri – Le risposte alle vostre domande in modo chiaro e comprensibile [parte 2]

Buco nero - astronauta in caduta

L’entrata in un buco nero non sarebbe piacevole per il nostro corpo [01]

SOMMARIO
Come si forma un buco nero?
Cosa succede a un oggetto che cade nel buco nero? Come lo vediamo?
Cosa succede alle stelle e alle galassie attorno all’orizzonte? Come le vediamo?
Cosa succederebbe se noi entrassimo nel buco nero?
Che cosa succede nella singolarità (lo spazio interno) di un buco nero?
Si potrebbe sfruttare l’energia di un buco nero per iniziare una colonizzazione?
Come scorre il tempo in un buco nero?
I buchi neri ruotano?
Esce qualcosa dall’interno del buco nero o resta tutto intrappolato?
E’ vero che un buco nero può evaporare?
Cosa significa che un buco nero “non ha peli”?
Glossario

Con questa seconda sezione, proseguiamo il nostro viaggio verso la comprensione di quelle meraviglie dell’universo che sono i buchi neri.
In questo articolo trovate nuove domande che dovrebbero rispondere a buona parte dei vostri dubbi. Per una visione completa delle sezioni già pubblicate, fate riferimento al glossario qua sopra.

Cosa succederebbe se noi entrassimo nel buco nero?

Entrare in buco nero è un’esperienza davvero unica – anche perché, per quanto ne sappiamo, non avremmo nessun modo per uscirne e parlarne con qualcuno.

Immaginiamolo in tempo reale.
Mentre ci avviciniamo all’orizzonte degli eventi, abbiamo un sensazione strana: sentiamo i piedi tirati in basso dalla gravità del buco e la testa tirata nel senso opposto dalla forza centrifuga, dovuta alla velocità di rotazione del buco. Questa sensazione la percepiamo anche sulla Terra, ma è così debole da essere inavvertibile.

Ma cosa succede una volta che raggiungiamo la singolarità, cioè il punto centrale del buco nero? Scendendo al centro, la curvatura dello spaziotempo crea delle forze di marea così potenti da distorcere il nostro corpo in tutte le direzioni. Se prima avvertivamo una sensazione sgradevole, adesso è estremamente dolorosa.

A pochi centesimi di secondo alla singolarità, le nostre ossa non possono più resistere e il nostro corpo si smembra. Di fatto, entriamo a far parte anche noi della singolarità.

Approfondimento: quanto veniamo “tirati” dalla gravità di un buco nero

Poniamo che il buco abbia una circonferenza di 100.000 km. La sensazione di “tiro” è diversa tra piedi e testa, nell’ordine di un 1/8 della gravità terrestre. Se la circonferenza fosse di 80.000 km, sarebbe di 1/4, mentre se fosse di soli 20.000 km la differenza di “tiro” tra testa e piedi sarebbe già di 15 volte la gravità terrestre: una sensazione davvero sgradevole.
Questo fenomeno succede tutti i giorni sulla Terra, con le maree create dalla gravità della Luna. Lì ovviamente è molto più debole, ma il concetto è lo stesso: l’attrazione lunare deforma lo spaziotempo sulla Terra, creando le maree.

Che cosa succede nella singolarità (lo spazio interno) di un buco nero?

Buco nero - pianeta in distruzione

La singolarità è il punto più interno del buco nero, dove le leggi fisiche che conosciamo perdono di significato [02]

All’interno di un buco nero si trova la singolarità, una zona dove le leggi fisiche che conosciamo non possono più darci delle risposte. Qui dentro, infatti, lo spaziotempo si incurva in modo infinito: è come dire che lo spaziotempo cessa di esistere.
La gravità è infinita, visto che è legata proprio dallo spaziotempo. I corpi, quindi, sono tesi all’infinito in alcune direzioni e compressi all’infinito in altre.

Niente e nessuno può andare oltre la singolarità, perché tutto è teso all’infinito, comprese particelle microscopiche quali elettroni, protoni e quark.

In realtà, da questo punto in poi si possono avanzare nuove ipotesi, che però restano tali vista l’impossibilità di verificarle. Alcuni scienziati e autori di libri di fantascienza hanno proposto le idee più disparate di cosa possa accadere nella singolarità e, al di là di questa, se la fine del buco nero sia l’accesso per una zona diversa dell’universo (o addirittura l’ingresso per un nuovo universo). L’argomento è vasto e, per il momento, senza sbocco, per cui eviteremo di trattarlo nei dettagli in questa sede.

Si potrebbe sfruttare l’energia di un buco nero per iniziare una colonizzazione?

Buco nero supermassiccio

Disponendo delle dovute tecnologie, l’energia rotazionale di un buco nero è enorme, ma ancora più grande è l’energia recuperabile dalla sua massa [03]

Mentre ruota, un buco nero può immagazzinare fino al 29% della sua massa sottoforma di energia. In linea teorica, si tratta di energia che potrebbe essere sfruttata, possedendo le dovute tecnologie.

Se un popolo fosse dotato di simili tecnologie, potrebbe anche decidere di stanziarsi nei pressi di un (piccolo) buco nero e di iniziare una colonizzazione. L’energia a sua disposizione sarebbe completamente pulita e permetterebbe di soddisfare qualsiasi fabbisogno della popolazione.

Naturalmente, per adesso siamo ben lontani dal costruire tecnologie adeguate, anche perché prima di raggiungere questo stadio (in linea teorica) dovremmo innanzitutto imparare a far uso di strumenti adatti a sfruttare l’energia del nostro pianeta. In un secondo momento, forse, potremmo concentrarci allo sfruttamento dello spazio che ci circonda.

Approfondimento: la quantità di energia recuperabile

Sopra si parla di «energia rotazionale», che è ben diverso rispetto all’energia che si può recuperare da una massa. Per ipotesi, immaginiamo di poter estrarre parte della massa di un buco nero: di quanta energia si potrebbe disporre?
Per darci un’idea, consideriamo la famosa formula di Einstein secondo cui «l’energia è uguale alla massa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce» (E = mc^2). La formula spiega che ogni massa può essere trasformata in energia.
Prendiamo un essere umano con massa di 75 kg. Usando la formula di Einstein, la massa di questa persona può generare 7.000.000.000.000.000.000 joule (7 miliardi di miliardi), cioè un’energia 30 volte più potente di una bomba all’idrogeno.
Se potessimo recuperare solo un’infinitesimale parte della massa di un buco nero, l’energia a nostra disposizione sarebbe pressoché infinita.
Demetrios Christodoulou ha calcolato che nello spazio esterno attorno al vortice di un buco nero rotante si libera un’energia immensa, che può arrivare fino a 48 volte di tutto il combustibile nucleare del Sole.

Come scorre il tempo in un buco nero?

Buco nero - la luce trattenuta

Lo spaziotempo è incredibilmente distorto sull’orizzonte di un buco nero. Di conseguenza, il tempo scorre molto più lentamente [04]

Ecco una domanda interessante. Da altri articoli che abbiamo pubblicato su One Mind sappiamo bene che il tempo non scorre allo stesso modo in tutto l’universo. Dipende dalla massa presente nelle vicinanze o, per meglio dire, da come la massa stia deformando lo spazio (ricordiamo che lo spazio e il tempo sono strettamente legati: se si deforma l’uno, si deforma anche l’altro).

Se prendiamo un quadro di riferimento piccolo, le leggi di un universo senza gravità sono le stesse che si possono applicare al nostro universo (che è dotato di gravità). Questa scoperta, chiamata «principio di equivalenza» da Einstein, è molto importante, perché ha permesso agli scienziati di arrivare a delle conclusioni interessanti su come scorre il tempo.
Per i dettagli si veda l’approfondimento sotto, qua mi limito a spiegare le conseguenze.

Diamo un’occhiata a uno degli aspetti più straordinari di un buco nero.
Immaginiamo di trovarci fermi, cioè in stato di quiete, vicino a un buco nero, e che un nostro amico si trovi invece sulla Terra. Grazie all’enorme massa del buco nero, per noi il tempo scorrerebbe molto più lentamente. Il che significa che se ritorniamo sulla Terra dopo qualche giorno, troveremo il nostro amico più invecchiato.

Per la precisione, se ci troviamo a 1 cm di distanza dall’orizzonte di un buco che pesa 10 Soli, il tempo scorre ben 6 milioni di volte più lento. Ovvero, per ogni giorno che passeremo vicino al buco nero, passeranno ben 6 milioni di giorni sulla Terra (ed è quindi improbabile che al ritorno troveremo il nostro amico ancora vivo).

Se poi entriamo proprio sull’orizzonte, il tempo smette di scorrere completamente. In termini un po’ più tecnici, si dice che il tempo è infinitamente dilatato: qua i fotoni sono spostati verso il rosso all’infinito e dall’esterno non si vede nessuna luce.

Approfondimento: la validità delle leggi di Newton e di Einstein

Le leggi di Newton, che si possono usare per misurare oggetti della vita quotidiana, perdono di validità quando la velocità dell’oggetto si avvicina a quella della luce. A questo punto, la lunghezza dell’oggetto si contrae e si dilata così tanto che bisogna ricorrere alla legge della relatività di Einstein.
Se la gravità è trascurabile, si può far ricorso alla relatività ristretta di Einstein; ma se si considera anche la gravità dobbiamo per forza passare alla relatività generale.
In presenza della singolarità di un buco nero, però, nemmeno la relatività generale è sufficiente, perché perde di validità: in questo caso si fa ricorso alle leggi di «gravità quantistica».

Fonti esterne

“Buchi neri e salti temporali”, di Kip Thorne

Copyright immagini

[01] http://pics-about.space/telescope-black-hole-nasa?p=1
[02] http://erikshoemaker.deviantart.com/art/Black-Hole-417727856
[03] http://www.unishare.it/universi/2015/07/una-foto-al-buco-nero-piu-brillante/
[04] http://nalinsbrainresearch.blogspot.it/2014/11/nasas-super-massive-black-hole.html

Ultimi Commenti
  1. SAM

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.