Una volta che un oggetto entra in un buco nero, non può più lasciarlo. Non importa quanta energia hai, non puoi mai muoverti più velocemente della velocità della luce e attraversare l'orizzonte degli eventi dall'interno. Ma cosa succede se provi a ingannare questa piccola regola e immergi un minuscolo oggetto nell'orizzonte degli eventi, legandolo a uno più massiccio che può lasciare l'orizzonte? È possibile in qualche modo ottenere qualcosa da un buco nero? Le leggi della fisica sono rigide, ma devono rispondere alla domanda, è possibile o no. Ethan Siegel di Medium.com suggerisce di scoprirlo.
Un buco nero non è solo una singolarità superdensa e supermassiccia in cui lo spazio è talmente curvo che tutto ciò che entra non può più uscire. Sebbene ciò a cui di solito pensiamo sia un buco nero - per essere esatti - una regione di spazio intorno a questi oggetti da cui nessuna forma di materia o energia - e nemmeno la luce stessa - può sfuggire. Non è così esotico come si potrebbe pensare. Se si prende il Sole così com'è e lo si spreme fino a un raggio di diversi chilometri, si ottiene quasi un buco nero. E sebbene il nostro Sole non sia minacciato da una tale transizione, ci sono stelle nell'Universo che si lasciano dietro questi oggetti misteriosi.
Le stelle più massicce dell'universo - stelle di venti, quaranta, cento o anche 260 masse solari - sono gli oggetti più blu, più caldi e più luminosi. Inoltre bruciano il combustibile nucleare nelle loro profondità più velocemente di altre stelle: in uno o due milioni di anni invece di molti miliardi, come il Sole. Quando questi nuclei interni esauriscono il combustibile nucleare, diventano ostaggi delle forze gravitazionali più potenti: così potenti che, in assenza dell'incredibile pressione della fusione nucleare a cui si oppongono, semplicemente collassano. Nella migliore delle ipotesi, i nuclei e gli elettroni guadagnano così tanta energia da fondersi in una massa di neuroni collegati insieme. Se questo nucleo è più massiccio di pochi soli, questi neutroni saranno abbastanza densi e massicci da collassare in un buco nero.
Quindi, ricorda, la massa minima per un buco nero è di diverse masse solari. I buchi neri possono crescere da masse molto più grandi, fondendosi insieme, divorando materia ed energia e penetrando nei centri delle galassie. Al centro della Via Lattea è stato trovato un oggetto di quattro milioni di volte la massa del Sole. Le singole stelle possono essere identificate nella sua orbita, ma non viene emessa alcuna luce di qualsiasi lunghezza d'onda.
Altre galassie hanno buchi neri ancora più massicci, le cui masse sono migliaia di volte più grandi della nostra, e non esiste un limite superiore teorico alla loro altezza. Ma ci sono due proprietà interessanti dei buchi neri che possono portarci alla risposta alla domanda posta all'inizio: è possibile tirare qualcosa "al guinzaglio"? La prima proprietà si riferisce a ciò che accade allo spazio quando il buco nero cresce. Il principio di un buco nero è tale che nessun oggetto può sfuggire alla sua attrazione gravitazionale nella regione dello spazio, non importa quanto accelerato, anche se si muove alla velocità della luce. Il confine tra il punto in cui un oggetto può lasciare il buco nero e il punto in cui non può è chiamato orizzonte degli eventi. Ogni buco nero ce l'ha.
Sorprendentemente, la curvatura dello spazio è molto minore sull'orizzonte degli eventi vicino ai buchi neri più massicci e aumenta in quelli meno massicci. Pensa a questo: se tu fossi "in piedi" sull'orizzonte degli eventi con il piede destro sul bordo e la testa indietro di 1,6 metri dalla singolarità, la forza allungherebbe il tuo corpo - un processo chiamato spaghettificazione. Se questo buco nero fosse lo stesso del centro della nostra galassia, la forza di trazione sarebbe solo lo 0,1% della forza gravitazionale sulla Terra, mentre se la Terra stessa si trasformasse in un buco nero e tu fossi su di essa, la forza di trazione sarebbe 1020 volte la gravità terrestre.
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Se queste forze di trazione sono piccole ai margini dell'orizzonte degli eventi, non saranno molto più grandi all'interno dell'orizzonte degli eventi, il che significa - date le forze elettromagnetiche che tengono insieme gli oggetti solidi - forse potremmo fare la nostra cosa: immergere l'oggetto nell'orizzonte degli eventi e quasi immediatamente portare fuori. Puoi farlo? Per capire, diamo un'occhiata a cosa succede proprio al confine tra una stella di neutroni e un buco nero.
Immagina di avere una sfera estremamente densa di neutroni, ma un fotone sulla sua superficie può ancora fuggire nello spazio e non necessariamente tornare a una stella di neutroni. Ora posizioniamo un altro neurone sulla superficie. All'improvviso il nucleo non può più resistere al collasso gravitazionale. Ma invece di pensare a ciò che sta accadendo in superficie, pensiamo a ciò che sta accadendo all'interno, dove si sta formando un buco nero. Immagina un singolo neutrone composto da quark e gluoni e immagina come i gluoni devono spostarsi da un quark all'altro in un neutrone affinché avvenga lo scambio di forze.
Ora uno di questi quark è più vicino alla singolarità al centro del buco nero e l'altro è più lontano. Perché avvenga lo scambio di forze - e affinché il neutrone sia stabile - il gluone in un certo momento deve passare dal quark vicino a quello lontano. Ma questo è impossibile anche alla velocità della luce (ei gluoni non hanno massa). Tutte le geodetiche nulle, o il percorso di un oggetto che si muove alla velocità della luce, risulteranno in una singolarità al centro del buco nero. Inoltre, non si allontaneranno mai dalla singolarità del buco nero che al momento dell'espulsione. Questo è il motivo per cui il neutrone all'interno dell'orizzonte degli eventi del buco nero deve collassare e diventare parte della singolarità al centro.
Quindi torniamo all'esempio dell'imbracatura: hai preso una piccola massa, l'hai legata a un vaso più grande; la nave è fuori dall'orizzonte degli eventi e la massa è sommersa. Quando una particella attraversa l'orizzonte degli eventi, non può lasciarlo di nuovo - non una particella, nemmeno la luce. Ma fotoni e gluoni rimangono proprio le particelle di cui abbiamo bisogno per scambiare forze tra particelle che si trovano al di fuori dell'orizzonte degli eventi e non possono nemmeno andare da nessuna parte.
Ciò non significa necessariamente che il cavo si romperà; piuttosto, la singolarità si trascinerà sull'intera nave. Naturalmente, le forze di marea in determinate condizioni non ti faranno a pezzi, ma il raggiungimento della singolarità sarà inevitabile. L'incredibile gravità e il fatto che tutte le particelle di tutte le masse, energie e velocità non avranno altra scelta che viaggiare verso la singolarità, ecco cosa accadrà.
Pertanto, sfortunatamente, non hanno ancora trovato una via d'uscita dal buco nero dopo aver attraversato l'orizzonte degli eventi. Puoi ridurre le perdite e tagliare ciò che è già entrato dentro o rimanere in contatto e annegare. La scelta sta a te.
Ilya Khel
