I buchi neri

Buchi neri: Il motore delle galassie e creatori di universi

Che cosa c’e’ al centro della Via Lattea? Per lungo tempo, gli astronomi hanno sospettato che nel cuore della nostra Galassia si nascondesse un buco nero, ma non ne potevano essere sicuri. Dopo 15 anni di regolare monitoraggio del centro della Galassia con i telescopi dell’ESO all’ Osservatorio di La Silla Paranal, gli scienziati hanno finalmente ottenuto una prova inoppugnabile. I buchi neri al centro delle galassie sono il motore di rotazione e di aggregazione di tutta la materia sparsa per il cosmo.
Le stelle al centro della Via Lattea sono cosi’ densamente concentrate che sono state necessarie speciali tecniche di formazione d’immagini, come l’Ottica Adattiva, per aumentare la risoluzione del VLT. Gli astronomi sono stati in grado di guardare singole stelle con un’accuratezza senza precedenti mentre si muovevano intorno al centro della Galassia. I loro percorsi hanno mostrato, senza ombra di dubbio, che orbitano a grandi velocita’ in un fortissimo campo gravitazionale di un buco nero supermassiccio, almeno tre milioni di volte piu’ massiccio del nostro Sole. Le osservazioni del VLT rivelano anche lampi di luce infrarossa, che emergono dalla regione a intervalli regolari. Sebbene la causa precisa di questo fenomeno rimanga sconosciuta, gli osservatori hanno suggerito che il buco nero starebbe ruotando rapidamente su se stesso. Qualsiasi cosa stia succedendo, la vita del buco nero non e’ calma e tranquilla!

Gli astronomi usano il VLT anche per scrutare i centri delle galassie al di la’ della nostra, dove trovano altri chiari segni di buchi neri supermassivi. Nella galassia attiva NGC 1097, sono stati in grado di vedere, con dettagli senza precedenti, una complessa rete di filamenti che spiraleggia verso il centro di quella galassia. Questa potrebbe essere la prima immagine dettagliata del processo di caduta della materia dalla periferia della galassia giu’ fino al suo nucleo.
Le stelle attorno al buco nero supermassiccio della Via Lattea
E’ ormai certo che la stragrande maggioranza delle galassie di grandi dimensioni ospitano nel loro nucleo un buco nero supermassiccio. La nostra Via Lattea non fa eccezione e il buco nero che si trova nelle sue regioni centrali ha una massa di circa 4,1 milioni di volte quella del Sole. E’ stato denominato Sagittarius A* (Sgr A*), ma non è lui l’oggetto di questo post. Parliamo, invece, delle stelle che gli orbitano intorno, denominate “stelle-S“, che rappresentano uno strumento essenziale per cercare di capire le caratteristiche del gigantesco buco nero e la sua attività.
Ovviamente, un buco nero è impossibile da osservare direttamente, ma soltanto in maniera indiretta, rilevando gli effetti gravitazionali sugli oggetti vicini e la analizzando la radiazione emessa dalla materia che, spiraleggiando viene “fagocitata” da questo “mostro celeste”.

Adesso, un gruppo di astronomi, coordinato da Fabio Antonini, dell’Istituto di Astrofisica Teorica del Canada, e David Merritt, dell’Istituto di Tecnologia di Rochester (USA), sono riusciti recentemente a svelare alcuni misteri riguardo alle stelle che orbitano attorno al buco nero al centro della nostra Galassia.
Oggi però, un nuovo prezioso contributo è arrivato dal gruppo di Antonini, che è riuscito a produrre una teoria nuova, unificata, che spiega l’origine e l’evoluzione delle stelle S e la loro vita nelle prossimità del buco nero.
“Esistono svariate teorie su come potrebbe avvenire la migrazione su grandi distanze di queste stelle, ma nessuna è mai riuscita ad essere convincente e spiegare come le stelle S siano finite ad orbitare attorno al centro galattico come le vediamo fare adesso.” ha spiegato Antonini. “Date le loro caratteristiche, queste stelle non possono avere più di 100 milioni di anni di età, eppure la loro distribuzione orbitale sembra essere “rilassata”, contrariamente alle previsioni che abbiamo dai modelli sulla loro origine.”

Secondo questo modello, le stelle S hanno iniziato la loro vita lontano dal centro galattico, poi sono entrate sotto l’influenza dell’intenso campo gravitazionale del buco nero e hanno cominciato a spiraleggiare verso il nucleo galattico. Ma sulla strada verso il buco nero, non c’è da considerare soltanto la grande influenza gravitazionale di Sgr A*, ma anche quella delle altre stelle con cui interagiscono, che hanno provocato un cambiamento nella loro traiettoria. Si tratta di una cosa relativamente semplice che permette di prevedere molto bene le orbite delle stelle così come le vediamo e di dedurre le caratteristiche del buco nero e sondare i meccanismi dinamici della regione vicina al centro galattico. Indirettamente, quindi, possiamo imparare qualcosa sulla densità ed il numero di oggetti ancora non visti in questa regione.
Anche se sono tanti anni ormai che sappiamo dell’esistenza di grandi buchi neri al centro delle galassie più massicce, sappiamo estremamente poco riguardo alle loro caratteristiche e siamo sicuramente ancora nell’infanzia degli studi su come nascono, crescono e si evolvono nel tempo. Data la sua vicinanza a noi, Sgr A* rappresenta un laboratorio ideale. Lo studio dell’evoluzione dinamica delle stelle S ha permesso di confermare in maniera inequivocabile la presenza del buco nero e di raffinare le stime sulla sua massa, oltre a chiarire molte peculiarità di questa regione della Via Lattea per molti versi ancora misteriosa.
“Ci servivano delle immagini ancora piu’ nitide per chiarire se fosse possible una configurazione diversa da un buco nero e contavamo sul fatto che il VLT dell’ESO ce le procurasse. Ora e’ veramente cominciata l’era della fisica di osservazione dei buchi neri!”
Reinhard Genzel, Direttore all’ Istituto Max-Planck per la Fisica Extraterrestre
Dai Buchi Neri agli Universi Paralleli

Il concetto di “altri universi” non è estraneo alla letteratura scientifica: esistono alcune teorie cosmologiche e fisiche che ammettono la loro esistenza, la più famosa delle quali è la teoria delle stringhe. In campo filosofico, un indagatore del tema delle dimensioni parallele fu Auguste Blanqui, che nel 1872 indagò gli aspetti teorici e filosofici di un universo a infinite dimensioni nell’opera L’Eternité par les astres.
Come abbiamo potuto constatare, un buco nero è l’oggetto più complesso e misterioso dell’universo dove la luce e la materia subiscono alterazioni spiegabili forse più dalla fantascienza che dalla scienza. I buchi neri hanno origine dal collasso finale di una stella ma non tutte le stelle diventano buchi neri la loro evoluzione e trasformazione dipende dalla massa.
Se la sua massa è piccola collasserà fino a trasformarsi in una nana bianca fino ad esaurire tutta la sua energia.
Se la sua massa è troppo grande la stella esploderà trasformandosi in una supernova così luminosa da poter essere osservata anche di giorno.
Emettendo calore e luce le stelle si equilibrano tra la forza che tende a farle esplodere dovuta alla pressione generata dal calore dell’energia nucleare e dalla forza gravitazionale che tende a farla collassate su se stessa.
Questa implosione avverrebbe nella rete dello spazio-tempo creando un forte campo gravitazionale in grado di modificare la rete spazio temporale ed ogni oggetto, compresa la stessa luce verrebbero attratte cadendo nel vortice ruotante, dal momento che un buco nero non può essere osservato poichè non emette radiazioni, può essere individuato dalle radiazioni emesse dal gas molto caldo del disco di accrescimento.
La superficie di un buco nero è chiamata orizzonte degli eventi (galassie?) oltre la quale la velocità di fuga è maggiore della velocità della luce, in questi ultimi anni sono stati scoperti buchi neri ruotanti chiamati buchi di Kerr circondati da una regione in cui lo spazio ed il tempo sono deformati ove anche le particelle della luce sono costrette a ruotare, mentre i buchi neri non ruotanti sono chiamati buchi di Schwarzschild.
La differenza tra questi due tipi di buchi neri è importante in quanto all’interno del buco nero di Schwarzschild non ci sarebbe possibilità di sopravvivenza neanche per una sonda, mentre per i buchi di Kerr dal momento che ogni stella in fase di collasso è dotata di movimento rotatorio non conclude il suo processo di collassamento in un punto ma si appiattirebbe come un anello, sarà questa nuova teoria che col tempo sostituirà quella precedente legandosi anche alla teoria del Ponte Einstein-Rosen.
Inoltre la teoria della Relatività di Einstein spiegherebbe lo scorrere del tempo che verrebbe rallentato in prossimità di un forte campo gravitazionale e come lo spazio verrebbe distorto, un giorno Einstein riferendosi al nostro sistema solare dichiarò:
“Ecco cosa fa muovere i pianeti lo spazio curvo, lo spazio dice alla materia come muoversi e la materia dice allo spazio come curvarsi”.
Questo in riferimento alla massa del nostro sole, pensate quello che può accadere in prossimità di un buco nero.
Stelle con massa tre volte quella solare potrebbero creare una volta collassate un buco nero con diametro compreso tra i 10 e i 150 km. fermando il tempo in prossimità dell’orizzonte degli eventi.
Dal momento che viviamo in un universo pluridimensionale secondo le nuove teorie cosmologiche di Hawking e Michio Kaku ed altri autorevoli scienziati è più che lecito pensare alla possibilità di interferire con questi universi che potremmo chiamare paralleli, ebbene l’esistenza di universi paralleli è stata confermata matematicamente anche per spiegare diversi fenomeni fisici.
I Buchi neri potrebbero rappresentare un tunnel tra il nostro universo ed altri universi.
Nel caso dei buchi neri ruotanti i fisici e i matematici confermano la possibilità che pur attraversando l’orizzonte degli eventi non è detto che si cada nella singolarità, Einstein – Rosen, ritennero che era possibile superato l’orizzonte degli eventi accedere ad un altro universo o accedere a due punti dello stesso universo.
Secondo Fred Alan Wolf un universo parallelo è uno spazio tempo in cui si trovano stelle, pianeti, galassie simili al nostro stesso universo.
Ma se esistono diversi profili di buchi neri, allora e’ probabile che tra uno di questi, dopo aver inghiottito e compresso nella singolarita’ enormi quantita’ di massa in un punto infinitesimalmente piccolo, esso possa creare, possa esplodere, in un vero e proprio Big Bang.
Bibliografia
Parallel Universes – The search for other Worlds – Simon & Schuster Fred Alan Wolf