buchi neri

In astronomia, singolarità gravitazionale, cioè punto dello spazio in cui una massa finita raggiunge una densità infinita, che si produce a seguito del collasso di una stella o che per accumulo di masse stellari collassate al centro di galassie attive o addirittura al centro della maggior parte delle galassie. Il concetto è una conseguenza delle proprietà relativistiche della gravitazione.


Cos'è un buco nero ?

Se buttiamo una palla in aria, questa raggiungerà una certa altezza, dopodiché ricadrà verso il basso. Più forte la lanceremo, più in alto andrà. Laplace calcolò l'altezza raggiunta da un corpo, in base alle diversa velocità iniziale e trovò che la crescita non avveniva parallelamente: per raggiungere un'altezza elevatissima non era necessaria una velocità elevatissima. Ad una velocità di 40.000 chilometri orari ( solo 20 volte più veloce del supersonico Concorde ) disse lo studioso francese, l'altezza raggiunta diventerà elevatissima, tendente all'infinito. Questa velocità è chiamata velocità di fuga dalla superficie terrestre ed è la velocità che deve raggiungere qualsiasi razzo diretto verso la Luna o verso altri pianeti.
Essendo un matematico, Laplace risolse questo problema per tutti i corpi sferici, non solo per la Terra. Trovò una formula molto semplice che ci dice che la velocità di fuga V è data da:


V = ( 2 G M / R )½

dove G è una costante che definisce l'intensità della gravità, M è la massa o la quantità di materiale ed R il raggio. Questa formula ci dice che oggetti piccoli ma massivi ( con un alto valore di M ed un basso valore di R ), hanno valori elevati della velocità di fuga. Per esempio, se potessimo comprimere la Terra ad ¼ delle dimensioni attuali, la velocità di fuga raddoppierebbe. Questa semplice deduzione, ha dato un risultato uguale a quello ottenuto dall'intera Teoria della Relatività.

La luce viaggia ad una velocità di oltre 1 miliardo di chilometri all'ora e nel 1905 Albert Einstein provò che nulla può viaggiare ad velocità superiore a questa. La formula appena vista, può essere cambiata per sapere quale raggio deve avere un oggetto, la cui velocità di fuga corrisponde a quella della luce.


R = ( 2 G / c2 ) M

dove c è la velocità della luce. Questo raggio particolare R è noto come "raggio di Schwarzschild" in onore dell'astronomo tedesco che per primo lo determinò partendo dalla Teoria della relatività. In questo modo, sappiamo che il raggio di Schwarzschild della Terra è inferiore ad un centimetro, rispetto al suo raggio attuale di 6.357 chilometri. Nella tabella sottostante sono elencati i valori per alcuni altri oggetti astronomici.

Può sembrare strano paragonare la luce ad un razzo vettore o ad una palla, ma fu proprio Einstein a dimostrare che la luce può essere considerata come un insieme di particelle , chiamate fotoni, dotate di massa o più correttamente energia, in virtù della famosa formula


E = M c2

che pone in relazione l'energia E e la massa M. I fotoni viaggiano sempre alla stessa velocità, quella ovviamente della luce, ma quando partono da un oggetto dotato di gravità, perdono energia e, ad un osservatore esterno, appaiono arrossati. Se i fotoni provengono da un buco nero, questa perdita di energia sarà completa e diventeranno completamente invisibili.

Se anche la luce non viaggia ad una velocità sufficiente a raggiungere il valore della velocità di fuga, ( e niente abbiamo detto viaggia più veloce della luce ), nessun segnale di alcun tipo potrà fuggire e l'oggetto sarà "nero". L'unica indicazione della presenza di questo oggetto sarà data dalla sua attrazione gravitazionale. Sulla sua superficie, questo oggetto si comporta proprio come si dovrebbe comportare un oggetto della sua massa, se potessimo camminarci, la sua gravità cioè, tenderebbe a farci "cadere" ( come avviene in misura enormemente minore sulla Terra )

Dove possiamo trovare i buchi neri ?

È impossibile osservare direttamente un buco nero e così ogni candidato è stato identificato in base agli effetti sulla materia che lo circonda. Se non vi è altra spiegazione plausibile, è possibile che siamo di fronte ad un buco nero.
Ci sono alcuni oggetti che sono buoni candidati alla carica di buco nero:

- Tutte le stelle splendono e si evolvono grazie alla spinta gravitazionale che tende a comprimere la materia, spinta bilanciata dalla pressione generata dalla fornace nucleare nel nucleo che tende ad espanderla. Una volta che la fornace termina il suo combustibile, evento naturale in una stella, la pressione decresce, perdendo la sua battaglia con la gravità e la stella collassa. Brevemente, gli astronomi ritengono che a questo punto alla stella possano accadere solo tre cose, dipende tutto dalla sua massa. Stelle meno massive del Sole collassano formando stelle nane bianche del diametro di poche centinaia di chilometri. Stelle di massa tra una e quattro masse solari, possono diventare stelle di neutroni, di pochi chilometri di raggio. Le poche stelle di massa superiore a quattro masse solari, non possono collassare oltre il raggio di Schwarzschild e diventano buchi neri. I buchi neri quindi possono essere i resti di stelle massive.
- Molti astronomi ritengono che galassie come la Via Lattea si formarono da vaste nubi di gas che è collassato ed ha formato le stelle. Oggi possiamo osservare le stelle concentrate in massima parte nel suo centro, il nucleo galattico. È possibile che nel "cuore" di questo nucleo ci fosse "troppa" materia per formare una stella "normale", o che le stelle che si formarono si trovarono troppo vicine l'una all'altra e si fusero insieme a formare un buco nero. È quindi plausibile concepire che buchi neri estremamente massivi, l'equivalente di centinaia di milioni di masse solari, possano esistere al centro di alcune galassie.

Possiamo osservare un buco nero ?

Poiché i buchi neri sono, nonostante l'enorme massa, di piccole dimensioni e nessun segnale può sfuggirgli, sembra sia una sfida impossibile trovarli. Però la forza di gravità rimane, se rilevassimo la gravità laddove non sono visibili sorgenti di luce, forse avremmo trovato un buco nero, questo tipo di argomentazione non è però molto convincente e dobbiamo trovare altri metodi.

Se vi è della materia intorno al buco nero che potrebbe essere attirata dalla sua gravità, primo o poi accadrà e ci sono buone probabilità che questa caduta provochi dei segnali rilevabili, non direttamente dal buco nero ma dalla regione circostante. Molte stelle non sono solitarie come il Sole, ma si trovano in coppia, in piccoli o numerosi gruppi. Se due stelle hanno masse differenti, la più massiva terminerà il suo carburante più in fretta e diventerà un buco nero, mentre la seconda brucerà più lentamente.

Da quest'ultima, il buco nero potrà attirare dei gas che diverranno estremamente caldi, con temperature dell'ordine di milioni di gradi e splenderanno non nella luce visibile ma nella radiazione X. Questa radiazione avrà però un effetto osservabile nella luce emessa dalla stella normale. Poiché la stella ed il buco nero orbiteranno intorno ad un baricentro comune, ci si aspetta di rilevare delle variazioni regolari nella luminosità e nella radiazione X emessa.

Esistono delle sorgenti di radiazione X che hanno tutte le predette caratteristiche. Sfortunatamente è impossibile distinguere un buco nero da una stella di neutroni a meno che riusciamo a stabilire che la massa della stella di neutroni è eccessiva per questo tipo di oggetto.

Le cose differiscono se cerchiamo un buco nero massivo nel nucleo di una galassia. È possibile in questo caso che una stella possa essere inghiottita dal buco nero. L'attrazione gravitazionale sulla stella sarebbe in questo caso così potente da dilaniarla facendola letteralmente "schizzare" in tutte le direzioni. Alcuni frammenti cadranno sul buco nero, incrementandone ulteriormente la massa, altri produrranno lampi luminosi, di onde radio e raggi X.

È questa la caratteristica che osserviamo in quelle galassie particolari note come quasar, e quello che potrebbe avvenire in qualche regione del nostro nucleo galattico.

La formazione di un buco nero

Per le stelle molto grandi, l'esplosione può essere seguita da una catastrofica contrazione gravitazionale del nucleo stellare. Si forma allora un buco nero un oggetto con una forza di gravità talmente grande che neanche la luce riesce ad uscire. Il buco nero trascina dentro di sé tutto ciò che lo circonda. Il materiale cade su di esso spiraleggiando, e forma un disco rotante. Qui a sinistra, vediamo una ricostruzione del cielo di un ipotetico pianeta che orbita attorno ad un buco nero prima di caderci sopra, realizzata dalla NASA. Il disco è rappresentato da una banda scura, perché oscura la luce delle stelle che stanno dietro, mentre il tondino rosso indica la superficie del disco più vicina al buco nero, superficie oltre la quale il materiale diventa invisibile e cade sul buco nero. Sono visibili anche i getti formati da quelle particelle che hanno energia sufficiente per sfuggire alla cattura del buco nero.

Se la massa del nucleo della stella, al termine della sequenza dei bruciamenti nucleari, e' superiore a circa 3 volte la massa del Sole, il collasso che esso subisce non puo' essere fermato nemmeno dalla pressione delle particelle che lo compongono: esso prosegue inarrestabile, dando origine ad un buco nero, una specie di mostro che inghiotte tutta la materia che si trova entro una certa distanza e dal quale niente puo' scappare. La forza di gravita', in questo caso, e' cosi' grande da comprimere le particelle fino ad una densita' praticamente "infinita": la materia viene ridotta in uno stato fisico sconosciuto, ma sicuramente diverso da quello della materia che conosciamo.

L'esistenza dei buchi neri e' prevista dalla Relativita' Generale di Einstein. Nel collasso, la stella si "ripiega" su se stessa ed incurva lo spaziotempo circostante a causa della sua enorme gravita'. La gravita' superficiale di un buco nero e' cosi' alta che nemmeno la luce puo' sfuggirle, nemmeno la luce, percio' esso e' completamente oscuro e non si puo' rivelarne uno in modo diretto.

Come per ogni stella o pianeta, anche per un buco nero si puo' definire la velocita' di fuga ad una certa distanza D, cioe' la minima velocita' che un corpo dovrebbe avere per poter sfuggire all'attrazione gravitazionale che il buco nero esercita alla distanza D. Ragionando all'inverso, per una data velocita' si puo' trovare la distanza minima alla quale l'oggetto puo' avvicinarsi al buco nero senza venirne catturato: se si pone questa velocita' pari a quella della luce (la massima velocita' esistente), si trova la distanza oltre la quale nemmeno la luce puo' sfuggire al buco nero. Questo limite prende il nome suggestivo di "orizzonte degli eventi" e delimita la regione interna, dalla quale nessun segnale puo' raggiungere l'esterno: di tutto cio' che avviene all'interno non possiamo avere notizie.

Non e' possibile definire per un buco nero una vera e propria superficie, ne' un volume o una densita': le proprieta' che caratterizzano questo oggetto sono la sua massa ed il cosiddetto raggio di Schwarzschild (dal nome del fisico che studio' per primo i buchi neri dal punto di vista teorico), cioe' la distanza dal centro all'orizzonte degli eventi.

Fino a non molti anni fa non c'erano prove dell'esistenza effettiva dei buchi neri. Infatti, essi possono essere rivelati soltanto dagli effetti gravitazionali che esercitano sulla materia circostante. Per esempio, se una delle componenti di un sistema binario e' un buco nero e l'altra una stella normale, la presenza del primo sara' rivelata dal moto orbitale della seconda attorno al centro di massa comune. Spesso, quando anch'essa evolve in gigante rossa e si espande, parte del gas dei suoi strati piu' esterni puo' formare un disco di accrescimento attono al buco nero. Dal disco, il gas cade lentamente sul buco nero; l'attrito cresce verso il bordo interno del disco, il gas si riscalda e produce un ampio spettro di radiazione, soprattutto nelle bande X e ultravioletta. Questa radiazione permette anch'essa di rivelare la presenza di un oggetto compatto con un disco di accrescimento.

Con il lancio dei primi satelliti dotati di rivelatori in raggi X, vennero scoperte dentro e fuori della nostra Galassia molte sorgenti X prima sconosciute (la nostra atmosfera, infatti, blocca la maggior parte dei raggi X provenienti dallo spazio). Esse emettono nella banda X piu' di quanto non emettano nell'ottico e il loro spettro e' di tipo non termico, cioe' non e' del tipo emesso da una stella. Alcune di queste sorgenti X sono di natura "stellare", come Cygnus X-1, Scorpio X-1 o Hercules X-1; sembra che Cygnus X-1 sia un sistema binario del tipo prima descritto, con un buco nero con massa di circa 6 volte la massa del Sole ed una stella di 20 volte la massa del Sole. Altre sorgenti X sono pulsar, altre ancora coincidono con galassie o quasar.

Come abbiamo detto, il campo gravitazionale del buco nero e' cosi' forte da incurvare lo spaziotempo circostante; una delle conseguenze principali e' che un raggio di luce che passa nelle vicinanze del buco nero, come di una grande concentrazione di massa, si incurva e cambia direzione; e' cio' che sta alla base del fenomeno delle lenti gravitazionali. Se il raggio di luce passa alla distanza RS, viene incurvato cosi' tanto da cominciare a girare in tondo attorno al buco nero ! La presenza di un buco nero molto massiccio, interposto tra noi ed una sorgente di luce come una galassia distante, potrebbe quindi essere rivelata anche dall'effetto di lente gravitazionale sulla radiazione proveniente dalla sorgente.

Sembra che buchi neri supermassicci esistano o siano esistiti nei nuclei delle galassie attive e che l'accrescimento di materia su questi oggetti ne rappresenti il motore energetico centrale.

news da un buco nero!

la + grande eruzione dell'universo non è stata origianta da un vulcano ma bensì da un buco nero!, osservato dall'osservatorio orbitante a raggi X Chandra. Il buco nero si trova sulla galassia centrale dell'ammasso MS 0735, ke è distante 2.6 miliardi di anni luce da noi, verso la costellazione della Giraffa.
Il materiale eruttato non è lava, ma elettroni ad altissima energia, Sparati fuori in 2 getti contrapposti, talmente intensi da scavare due cavità, ciascuna con un diametro di 600 000 anni luce, nel gas intergalattico ke avvolge l'ammasso di galassie.
Per creare qst cavità, i getti hanno spostato 1000 miliardi di masse solari.....più della massa totale della nostra galassia......

nn fa venire i brividi????

impressionante!!!

ma....alla fine un buco nero è una pallina molto molto molto densa ke attrae a sè tt e lo disturgge a causa della troppa gravita, o attrazione(nn so bene cm definirla....) quindi nn è un buco....cioè, nn ci potresti teoricamente passare attraverso, ma solo atterrare....allora ke senso ha il loro nome????

perchè dici così? riportami il pezzo di spiegazione

è? ke stai a dì??? era solo una mia considerazione....

ah, pensavo nn ti fosse kiaro qualke pezzo!

concordo con te Lia..alla fine è una"palla" con un'attrazione incredibile che inghiotte tutto!!

poi nn c'entra molto ma mi son messa a pensare prima dell'universo..cosa c'era?cm si è formato tutto?se non c'era nulla...allora non si poteva originare niente!o cmq..quello che c'era prima come si è originato?
è stranissimo il concetto del"nulla",se pensate che non esisteva niente..non ci riuscite!è difficilissimo... ^^ che ragionamenti contorti ^^

appena mi torna il pc ti scriverò una teoria ke ho letto su un libro...

grazie mille ^^

guarda in Stelle e Galassie il topic "origine dell'universo"