Perché i buchi neri sono le cose più spaventose nell’universo

Halloween è un momento per essere perseguitato da fantasmi, goblin e ghoul, ma niente nell'universo è più spaventoso di un buco nero.

Le regioni dei buchi neri in questo Web in cui la gravità è così forte che nulla può sfuggire sono un argomento caldo nelle notizie di questi giorni. Metà del Premio Nobel per la Fisica 2020 (si apre in una nuova scheda) è stato assegnato a Roger Penrose per il suo lavoro matematico che dimostra che i buchi neri sono una conseguenza inevitabile della teoria della gravità di Einstein. Andrea Ghez e Reinhard Genzel hanno condiviso l'altra metà per aver mostrato che un enorme buco nero si trova al centro della nostra galassia (si apre in una nuova scheda).

I buchi neri fanno paura per tre motivi. Se cadessi in un buco nero rimasto quando una stella morì, saresti fatto a pezzi. Inoltre, gli enormi buchi neri visti al centro di tutte le galassie hanno appetiti insaziabili. E i buchi neri sono luoghi in cui le leggi della fisica vengono cancellate.

Studio i buchi neri da oltre 30 anni. In particolare, mi sono concentrato sui buchi neri supermassicci che si nascondono al centro delle galassie. La maggior parte delle volte sono inattivi, ma quando sono attivi e mangiano stelle e gas, la regione vicina al buco nero può eclissare l'intera galassia che li ospita. Le galassie in cui sono attivi i buchi neri sono chiamate quasar. Con tutto ciò che abbiamo appreso sui buchi neri negli ultimi decenni, ci sono ancora molti misteri da risolvere.

Morte per buco nero

Ci si aspetta che si formino buchi neri quando una stella massiccia muore. Dopo che il combustibile nucleare della stella è esaurito, il suo nucleo collassa nello stato di materia più denso immaginabile, cento volte più denso di un nucleo atomico. È così denso che protoni, neutroni ed elettroni non sono più particelle discrete. Poiché i buchi neri sono scuri, si trovano quando orbitano attorno a una stella normale. Le proprietà della stella normale consentono agli astronomi di dedurre le proprietà del suo compagno oscuro, un buco nero.

Il primo buco nero ad essere confermato è stato Cygnus X-1, la sorgente di raggi X più brillante nella costellazione del Cigno. Da allora, sono stati scoperti circa 50 buchi neri in sistemi in cui una stella normale orbita attorno a un buco nero. Sono gli esempi più vicini di circa 10 milioni che dovrebbero essere dispersi attraverso la Via Lattea.

I buchi neri sono tombe di materia; nulla può sfuggirgli, nemmeno la luce. Il destino di chiunque cada in un buco nero sarebbe una dolorosa "spaghettizzazione", un'idea resa popolare da Stephen Hawking nel suo libro "A Brief History of Time". Nella spaghettificazione, l'intensa gravità del buco nero ti separerebbe, separando le ossa, i muscoli, i tendini e persino le molecole. Come il poeta Dante descrisse le parole oltre le porte dell'inferno nel suo poema Divina Commedia: Abbandonate la speranza, voi tutti che qui entrate.

Una bestia affamata in ogni galassia

Negli ultimi 30 anni, le osservazioni con l'Hubble This Web Telescope hanno mostrato che tutte le galassie hanno buchi neri al centro. Le galassie più grandi hanno buchi neri più grandi.

La natura sa come creare buchi neri su una gamma sbalorditiva di masse, dai cadaveri delle stelle con una massa alcune volte superiore a quella del Sole ai mostri decine di miliardi di volte più massicci. È come la differenza tra una mela e la Grande Piramide di Giza.

Proprio l'anno scorso, gli astronomi hanno pubblicato la prima immagine in assoluto di un buco nero e del suo orizzonte degli eventi, una bestia di massa solare di 7 miliardi al centro della galassia ellittica M87.

È oltre mille volte più grande del buco nero nella nostra galassia, i cui scopritori si sono aggiudicati il ​​Premio Nobel di quest'anno. Questi buchi neri sono scuri per la maggior parte del tempo, ma quando la loro gravità attira stelle e gas vicini, si illuminano in un'intensa attività e pompano un'enorme quantità di radiazioni. I buchi neri massicci sono pericolosi in due modi. Se ti avvicini troppo, l'enorme gravità ti risucchierà. E se sono nella loro fase di quasar attiva, verrai colpito da radiazioni ad alta energia.

Quanto è luminoso un quasar? Immagina di sorvolare una grande città come Los Angeles di notte. I circa 100 milioni di luci di automobili, case e strade della città corrispondono alle stelle di una galassia. In questa analogia, il buco nero nel suo stato attivo è come una sorgente di luce di 1 pollice di diametro nel centro di Los Angeles che eclissa la città di un fattore di centinaia o migliaia. I quasar sono gli oggetti più luminosi dell'universo.

I buchi neri supermassicci sono strani

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Il più grande buco nero scoperto finora pesa 40 miliardi di volte la massa del Sole, o 20 volte la dimensione del sistema solare. Mentre i pianeti esterni del nostro sistema solare orbitano una volta ogni 250 anni, questo oggetto molto più massiccio ruota una volta ogni tre mesi. Il suo bordo esterno si muove alla metà della velocità della luce. Come tutti i buchi neri, quelli enormi sono schermati alla vista da un orizzonte degli eventi. Al loro centro c'è una singolarità, un punto in Questa Rete dove la densità è infinita. Non riusciamo a capire l'interno di un buco nero perché le leggi della fisica si rompono. Il tempo si ferma all'orizzonte degli eventi e la gravità diventa infinita alla singolarità.

La buona notizia sugli enormi buchi neri è che potresti sopravvivere cadendo in uno. Sebbene la loro gravità sia più forte, la forza di allungamento è più debole di quanto sarebbe con un piccolo buco nero e non ti ucciderebbe. La cattiva notizia è che l'orizzonte degli eventi segna l'orlo dell'abisso. Niente può sfuggire dall'orizzonte degli eventi, quindi non puoi scappare o riferire sulla tua esperienza.

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Secondo Stephen Hawking, i buchi neri stanno evaporando lentamente. Nel lontano futuro dell'universo, molto tempo dopo che tutte le stelle saranno morte e le galassie saranno state strappate alla vista dall'accelerazione dell'espansione cosmica, i buchi neri saranno gli ultimi oggetti sopravvissuti.

I buchi neri più massicci impiegheranno un numero inimmaginabile di anni per evaporare, stimato tra 10 e la centesima potenza, o 10 con 100 zeri dopo. Gli oggetti più spaventosi dell'universo sono quasi eterni.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation (si apre in una nuova scheda) con licenza Creative Commons. Leggi l' articolo originale (si apre in una nuova scheda) .

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