I buchi neri sono forse gli oggetti più misteriosi dell'universo. Sono così densi che la forza di gravità non permette a nulla, nemmeno alla luce, di uscire dal buco nero. I fisici hanno scoperto molti buchi neri, da piccoli a supermassicci, che pesano milioni o miliardi di sole. Una proprietà importante dell'orizzonte degli eventi - che la luce non può attraversarlo - crea un confine nello spazio: una volta che lo attraversi, sei condannato a essere in una singolarità. Ma cosa vedrai cadere in un buco nero? Le luci si spegneranno o rimarranno? I fisici conoscono la risposta e la adorerai.
Al centro della nostra galassia, abbiamo visto le stelle muoversi attorno a un punto centrale di 4 milioni di masse solari, senza emettere luce. Questo oggetto, Sagittarius A *, è un chiaro candidato buco nero che possiamo determinare direttamente misurando le stelle nella sua orbita.
Ma ci sono cose molto strane che accadono quando ti avvicini all'orizzonte di un buco nero, e diventano ancora più strane quando lo attraversi. C'è una ragione per cui tu, avendo superato questa barriera invisibile, non sarai mai in grado di lasciarla. E non importa quale classe di buco nero ti abbia risucchiato, quale astronave sta cercando di portarti fuori da lì o qualcos'altro. La relatività generale è un grosso problema, soprattutto quando si tratta di buchi neri. Il motivo ha a che fare con il più grande risultato di Einstein: ha a che fare con COME un buco nero piega lo spaziotempo.
Quando sei molto lontano dal buco nero, il tessuto dello spazio è meno incurvato. Infatti, quando sei molto lontano da un buco nero, la sua gravità è indistinguibile da qualsiasi altra massa, sia essa una stella di neutroni, una stella ordinaria o solo una nuvola di gas diffusa. Lo spaziotempo può essere curvo, ma tutto ciò che puoi dire da lontano è la presenza di massa, senza dati sulla distribuzione di quella massa. Ma se guardi con i tuoi occhi, allora invece di una nuvola di gas, una stella o una stella di neutroni, ci sarà una sfera assolutamente nera al centro che non emette luce.
Questa regione sferica, nota come orizzonte degli eventi, non è qualcosa di fisico, ma piuttosto una regione di spazio di una certa dimensione da cui la luce non può sfuggire. Si potrebbe supporre che da lontano la dimensione del buco nero sembri essere quella che è realmente. In altre parole, se ti avvicini a un buco nero, sembrerà un buco completamente nero sullo sfondo dello spazio, lungo i bordi del quale la luce è distorta.
Per un buco nero con la massa della Terra, questa sfera sarà minuscola: circa 1 centimetro di raggio; e per un buco nero con una massa del sole, questa sfera avrà un raggio di circa 3 chilometri. Se riduci la massa (e le dimensioni) a un buco nero supermassiccio, come quello al centro della nostra galassia, ottieni le dimensioni di un'orbita planetaria o di una stella rossa gigante come Betelgeuse.
Cosa succede quando ti avvicini e alla fine cadi in un buco nero?
Video promozionale:
Da lontano, la geometria di ciò che vedi soddisferà le tue aspettative e i tuoi calcoli. Ma mentre avanzi nella tua astronave perfettamente costruita e indistruttibile, inizierai a notare qualcosa di strano mentre ti avvicini al buco nero. Se dividi la distanza tra te e la stella a metà, la dimensione angolare della stella sembra essere due volte più grande. Se riduci la distanza a un quarto, sarà quattro volte maggiore. Ma i buchi neri sono diversi.
A differenza di tutti gli altri oggetti a cui sei abituato, a cui più sembrano vicini, più grandi sembrano, il buco nero cresce di dimensioni molto più velocemente, grazie all'incredibile curvatura dello spazio.
Dal nostro punto di vista sulla Terra, un buco nero al centro galattico apparirà minuscolo, il suo raggio misurato in microarco secondi. Ma rispetto al raggio ingenuo che calcoli nella relatività generale, sembrerà più grande del 150% a causa della curvatura dello spazio. Se ti avvicini ad esso, quando l'orizzonte degli eventi avrà le dimensioni della luna piena nel cielo, sarà quattro volte più grande di quello. La ragione, ovviamente, è che lo spaziotempo si piega sempre di più man mano che ti avvicini al buco nero.
Al contrario, l'area osservata del buco nero cresce sempre di più; quando sarai entro diversi raggi di Schwarzschild da esso, il buco nero crescerà a una dimensione tale da oscurare quasi l'intera visuale anteriore della nave. Gli oggetti geometrici regolari non si comportano in questo modo.
Mentre ti avvicini all'orbita circolare stabile più interna, che è il 150% del raggio dell'orizzonte degli eventi, noterai che la visuale anteriore della tua nave diventerà completamente nera. Una volta attraversato esattamente questo, anche dietro di te tutto inizierà a precipitare nell'oscurità. Di nuovo, questo ha a che fare con il modo in cui i percorsi di luce provenienti da diversi punti si muovono in questo spaziotempo altamente curvo.
A questo punto, se non hai attraversato l'orizzonte degli eventi, puoi comunque uscire. Se applichi un'accelerazione sufficiente lontano dall'orizzonte degli eventi, puoi lasciare la sua gravità e tornare allo spazio-tempo sicuro lontano dal buco nero. I tuoi sensori di gravità ti diranno dove il gradiente verso il basso verso il centro lascia il posto a un piano in cui è possibile vedere la luce delle stelle.
Ma se continui a cadere verso l'orizzonte degli eventi, alla fine vedrai la luce delle stelle ridursi in un minuscolo punto dietro di te, cambiando colore in blu a causa dello spostamento gravitazionale del blu. All'ultimo momento, quando attraversi l'orizzonte degli eventi, questo punto diventerà rosso, bianco e poi blu mentre le microonde cosmiche e gli sfondi delle onde radio si spostano nello spettro visibile.
E poi … ci sarà l'oscurità. Niente. Dall'interno dell'orizzonte degli eventi, nessuna luce dall'universo esterno può raggiungere la tua nave. Ora penserai ai potenti motori della tua nave e penserai a come potresti sfuggire a questa trappola con il loro aiuto. Ricorderai in quale direzione si trova la singolarità e proverai a determinare il gradiente gravitazionale verso di essa. Questo è a condizione che non ci sia altra materia o luce dietro o davanti a te.
Sorprendentemente, anche se con te cade molta luce fuori dall'orizzonte degli eventi - vedrai "metà" dell'Universo visibile - avrai anche sensori gravitazionali a bordo. E non appena attraversi l'orizzonte degli eventi, con o senza luce, accadrà qualcosa di strano.
I tuoi sensori ti diranno che il gradiente gravitazionale che va verso la singolarità sarà ovunque, in tutte le direzioni. Anche nella direzione opposta alla singolarità.
Com'è possibile?
E così, perché sei oltre l'orizzonte degli eventi, proprio lì. Qualsiasi raggio di luce che irradiate ora andrà verso la singolarità; sei troppo in profondità nel buco nero perché possa andare altrove.
Quanto tempo ci vuole dopo aver attraversato l'orizzonte in un buco nero supermassiccio per trovarsi al centro? Che tu ci creda o no, anche se l'orizzonte degli eventi può avere un diametro di un'ora luce nel nostro quadro di riferimento, ci vogliono solo circa 20 secondi per raggiungere la singolarità. Lo spazio gravemente curvo è una cosa spaventosa.
La parte peggiore è che qualsiasi accelerazione ti porterà più vicino alla singolarità ancora più velocemente. È impossibile aumentare il tempo di sopravvivenza in questa fase. La Singolarità esiste in tutte le direzioni, ovunque guardi. La resistenza è inutile.
Ilya Khel
