I buchi neri sono aree dello spazio esterno in cui c'è così tanta massa in un piccolo volume che c'è un orizzonte degli eventi - un'area dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Tuttavia, questo non significa che i buchi neri aspirino la materia. La attraggono e basta. Il redattore scientifico Forbes sfata uno dei miti sui buchi neri.
I buchi neri sono aree dello spazio esterno in cui c'è così tanta massa in un piccolo volume che c'è un orizzonte degli eventi - un'area dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Ma questo non significa che i buchi neri risucchiano la materia. La attraggono e basta.
I buchi neri sono forse gli oggetti più strani e sorprendenti dell'universo. Lì, una massa enorme è concentrata in un volume molto piccolo, ei buchi neri inevitabilmente collassano in uno stato di singolarità, circondati da orizzonti di eventi, oltre i quali nulla può andare. Questi sono gli oggetti più densi dell'universo. Quando qualcosa si avvicina troppo a loro, le forze del buco nero lo fanno a pezzi. Quando la materia, l'antimateria o la radiazione attraversano l'orizzonte degli eventi, cadono semplicemente nel centro del buco nero, ingrandendolo e aumentando la sua massa.
Queste proprietà dei buchi neri esistono ed è tutto vero. Ma c'è un'idea associata a questo, che è una finzione assoluta: che i buchi neri risucchiano la materia che li circonda. Questo è molto lontano dalla verità, ed è una completa distorsione dell'immagine della gravità. Il più grande mito sui buchi neri è che risucchiano la materia. Ed ecco la verità scientifica.
In linea di principio e in termini pratici, un buco nero può formarsi in vari modi. Una stella grande e massiccia può diventare una supernova, il cui nucleo centrale collassa e forma un buco nero. Puoi vedere come due stelle di neutroni si fondono e se superano una certa soglia di massa, il risultato è un nuovo buco nero. O un enorme ammasso di materia (una stella supermassiccia o una gigantesca nuvola di gas in contrazione) collassa e si trasforma direttamente in un buco nero.
Se c'è abbastanza massa in un volume di spazio sufficientemente concentrato, attorno ad esso si forma un orizzonte degli eventi. Al di fuori dell'orizzonte degli eventi, possiamo allontanarci da esso se ci allontaniamo dal buco nero alla velocità della luce. Ma se siamo all'interno dell'orizzonte degli eventi, allora anche alla velocità della luce, che è il limite della velocità cosmica, qualsiasi traiettoria di movimento ci condurrà comunque al centro del buco nero, cioè alla singolarità. È semplicemente impossibile fuggire da un buco nero mentre si è all'interno dell'orizzonte degli eventi.
Ma anche gli oggetti al di fuori del buco nero hanno molti problemi. I buchi neri sono così massicci che se ci avviciniamo a uno di essi, iniziamo a sperimentare forze di marea significative. Potresti avere familiarità con queste forze di marea se sai cos'è la luna e come interagisce con la terra.
Naturalmente, la Luna e la Terra possono essere considerate come punti materiali, distanti l'una dall'altra a una distanza relativamente grande di 380 mila chilometri. Ma in realtà, la Terra non è un punto, ma un oggetto che occupa un volume certo e abbastanza reale. Alcune aree della Terra sono più vicine alla Luna di altre. Quelli che sono più vicini sperimentano la forza di gravità più della media. Quelli più lontani sperimentano una gravità inferiore alla media.
Video promozionale:
Ma ci sono altre caratteristiche oltre alla differenza di distanza. Come tutti gli oggetti fisici, la Terra è tridimensionale. Ciò significa che la "cima" e la "parte inferiore" della Terra (viste dalla Luna) sono tirate verso l'interno, verso il suo centro rispetto a quelle parti che si trovano nel mezzo.
Con tutto ciò, se sottraiamo la forza media esistente in qualsiasi punto della Terra, vedremo che diversi punti sulla superficie sono esposti alle forze esterne della Luna in modi diversi. Le linee di queste forze costituiscono le forze relative che agiscono sull'oggetto e spiegano perché l'oggetto sotto l'influenza della forza di marea viene tirato verso di esso e compresso perpendicolarmente alla direzione di questa forza.
Più ci avviciniamo a un oggetto massiccio, maggiori diventano le forze di marea. Crescono ancora più velocemente della gravità! Poiché i buchi neri hanno una massa enorme ma sono molto compatti, creano le forze di marea più potenti dell'universo. Per questo, avvicinandoci al buco nero, ci allunghiamo sempre di più, diventando come spaghetti sottili.
Sulla base di questo, è molto facile capire perché un buco nero può risucchiarci. Più ci avviciniamo, più potente diventa la forza di attrazione e più la forza di marea inizia ad allungarsi e strapparci.
Tuttavia, l'idea che possiamo essere risucchiati in un buco nero è sbagliata. Qualsiasi particella che compone un oggetto che è sotto l'influenza di un buco nero obbedisce ancora alle ben note leggi della fisica, inclusa la regola della curvatura dello spazio-tempo della relatività generale.
Sì, a causa della presenza della massa, il tessuto dello spazio si piega e il buco nero è il più grande accumulo di massa nell'universo. Ma è anche vero che la densità di questa massa non influisce in alcun modo sulla curvatura dello spazio. Se una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero con la stessa massa viene sostituita dal Sole, la forza dell'azione gravitazionale sulla Terra non cambierà. Lo spazio intorno a noi è curvato dalla massa totale nel suo insieme e la densità non ha praticamente nulla a che fare con essa.
Da lontano, un buco nero assomiglia a qualsiasi altra massa nell'universo. Ma se ci avviciniamo a una distanza minima di diversi raggi della sfera di Schwarzschild, allora iniziamo a notare deviazioni dalla gravità newtoniana. Tuttavia, il buco nero agisce ancora semplicemente come un centro di gravità e gli oggetti che si avvicinano ad esso orbitano in un'orbita normale: un cerchio, un'ellisse, una parabola o un'iperbole con un'ottima approssimazione.
Le forze di marea possono causare l'allungamento e la rottura degli oggetti in avvicinamento. E poiché la materia si accumula attorno al buco nero sotto forma di un disco di accrescimento, possono verificarsi ulteriori conseguenze come campi magnetici, attrito e riscaldamento. A causa di questo impatto aggiuntivo, parte della materia rallenterà e verrà inghiottita dal buco nero, ma la maggior parte rimarrà comunque all'esterno.
Resta il fatto che i buchi neri non aspirano nulla. Tutti gli altri oggetti ordinari (lune, pianeti, stelle) hanno le stesse forze che possiede un buco nero. Comunque, è solo gravità. La differenza più grande è che i buchi neri sono più densi della maggior parte degli oggetti, occupano molto meno volume nello spazio e possono essere molto più massicci di qualsiasi altro oggetto. Saturno vola silenziosamente nella sua orbita attorno al Sole, ma se al posto del Sole al centro della Via Lattea mettiamo un buco nero, la cui massa è quattro milioni di volte la massa della nostra stella, allora le forze di marea spezzeranno Saturno, trasformandolo in un anello gigante, e diventerà parte integrante del disco di accrescimento questo stesso buco nero. E se c'è abbastanza attrito, riscaldamento e accelerazione in presenza di gravità generata dalla materia,campi elettrici e magnetici, poi nel tempo cadrà verso l'interno e verrà inghiottito.
Sembra solo che i buchi neri stiano assorbendo materia, perché sono molto massicci, e le forze di marea e la materia accumulata attorno al buco nero insieme possono fare a pezzi oggetti esterni, dopodiché parte di un tale oggetto, sotto l'influenza della forza di trazione, sarà all'interno del disco di accrescimento, e nel tempo e all'interno del buco nero stesso. Ma un buco nero è molto esigente e la stragrande maggioranza della materia che gli passa vicino viene rigettata in una forma o nell'altra. E solo una piccola frazione cade all'interno dell'orizzonte degli eventi, costringendo il buco nero a crescere gradualmente.
Se sostituiamo tutta la massa nell'universo con un buco nero con la massa corrispondente, e poi rimuoviamo tutto ciò che crea attrito, diciamo, dischi di accrescimento, il buco nero risuccherà pochissimo. Le particelle subiranno solo attrito dovuto alla radiazione delle onde gravitazionali, che passano attraverso lo spaziotempo curvo generato dal buco nero. Secondo la teoria di Einstein, solo la materia che si trova all'interno e al centro di un'orbita ciclica stabile verrà assorbita all'interno. Questo è trascurabile rispetto a ciò che rientra nell'orizzonte degli eventi nella nostra realtà fisica.
Di conseguenza, abbiamo solo la forza di gravità e lo spazio-tempo curvo che derivano dalla presenza di queste masse. L'idea che i buchi neri risucchiano qualcosa è il più grande mito. Aumentano a causa della gravità e nient'altro. Ma nell'Universo questo è più che sufficiente.
Ethan Siegel
