Cos'è un “buco nero”

« Il primo a suggerire la possibile esistenza di « stelle oscure », dalla forza di gravità tanto grande da poter impedire la fuga persino alla luce, fu John Michell, un membro della Royal Society, che presentò le proprie idee alla Società nel novembre 1783.

Egli fondava i propri calcoli sulla teoria della gravità di Newton e sulla teoria corpuscolare della luce, che considerava la luce stessa un flusso di piccole particelle assimilabili a palle di cannone in miniatura ( oggi chiamate fotoni ). Michell suppose che le particelle della luce fossero soggette alla gravità esattamente come qualsiasi altro oggetto.

Ole Römer aveva misurato con precisione la velocità della luce un centinaio di anni prima, e Michell riuscì a calcolare quanto doveva essere grande un ogni oggetto con la stessa densità del Sole per avere una velocità di fuga maggiore della velocità della luce. Se tali oggetti esistessero, la luce non potrebbe uscirne, ed essi sarebbero bui. »

(1) da John Gribbin, “Astronomia e Cosmologia”, le garzantine

La velocità di fuga è data dalla formula:

         G = costante gravitazionale     M = massa del corpo        r = distanza

Se siamo in presenza di un buco nero. Se  siamo sull’orizzonte degli eventi, quella distanza minima, superata la quale nulla può più uscire. Secondo Einstein la massima velocità possibile nel cosmo è proprio quella della luce. Se ci poniamo sull’orizzonte degli eventi, dalla formula precedente ricaviamo . Questo è il raggio del buco nero, detto anche raggio di Schwarzschild, il fisico che per primo ne teorizzò l'esistenza.

Come potrebbe apparire un “buco nero” sul fondo stellato ...

Image credit:

Wikipedia

Simulazione di un buco nero di fronte alla "Grande Nube di Magellano" ... si vede l'anello dovuto all'effetto "lente gravitazionale"

Come potrebbe apparire un “buco nero” fatto d'acqua ...

Image credit:

Pighin

Una "scultura di acciaio ed acqua" nel castello di Alnwick nella regione del Northumberland mostra una "straordinaria analogia con un buco nero", come per esempio una sorta di "orizzonte degli eventi" oltre il quale ineluttabilmente si finisce nel cuore del vortice ...

.         Come potrebbe apparire un “buco nero” nella nostra atmosfera ...

image credit: F.Barasciutti

uragano Catarina

26-marzo-2004

Sud Atlantico

image credit: I.I.S.

.         Come appare nella realtà un “buco nero” nello spazio cosmico ...

image credit: F.Barasciutti

galassia

image credit: Le.Scienze

I “buchi neri” non sono poi mostruosi come i “media” ci dicono ...

« [ Secondo la formula del raggio sopra enunciata, ] il Sole possiede un raggio di Schwarzschild pari a circa 3 km, la Terra di soli 9 mm ... non c'è alcun collegamento tra il calcolo di questo valore e la reale esistenza del buco nero ... in un certo senso, “ è più facile che qualche oggetto venga ingoiato dal Sole, il cui diametro è di 1,4 milioni di km, piuttosto che da un buco nero di pari massa, il cui orizzonte degli eventi ha un raggio di appena 3 km! ”  » (2)

« Per molto tempo nessuno si rese conto che un buco nero - che è essenzialmente lo stesso tipo di stella oscura considerato da Michell e Laplace - può formarsi a densità del tutto ordinarie, purché si abbia una quantità di massa sufficiente. » (1)

« Un buco nero da [ 1.550 miliardi ] di masse solari ha un orizzonte degli eventi dal raggio di circa mezzo anno luce. Se però ci dovessimo trovare proprio all'interno di questa linea, che separa L'Universo esterno da quello interno al buco nero, sentiremmo un'accelerazione di gravità uguale a quella che ogni giorno sperimentiamo sulla superficie terrestre! » (2)

(1) da John Gribbin, “Astronomia e Cosmologia”, le garzantine

(2) da Daniele Gasparri, “Galassie - Proprietà, formazione ed evoluzione dei mattoni dell'Universo”

(3) da Pighin, calcolo su foglio Excel

I “buchi neri” ... proprietà, metriche e superfici notevoli ...

« Un buco nero ... è definito da sole tre proprietà: la massa, la carica elettrica e la rotazione ( il momento angolare ).

·         un buco nero privo di carica e di rotazione è descritto dalla soluzione di Schwarzschild, delle equazioni di Einstein

·         un buco nero dotato di carica ma non rotante è descritto dalla soluzione di Reissner-Nordstrom

·         un buco nero privo di carica e rotante è descritto dalla soluzione di Kerr

·         un buco nero dotato di carica e rotante è descritto dalla soluzione di Kerr-Newman

un buco nero non ha altre proprietà ... è probabile che i buchi neri reali siano dotati di un moto di rotazione e non abbiano carica, cosicché la soluzione di Kerr appare la più interessante. » (1)

Nella relatività generale, la metrica di Kerr ( o vuoto di Kerr ) descrive la geometria dello spazio-tempo intorno a un corpo massivo rotante. Secondo questa metrica, i corpi rotanti devono mostrare un effetto di trascinamento ( frame dragging ), un'insolita previsione della relatività generale ... a distanze abbastanza ravvicinate, tutti gli oggetti — la luce stessa — devono ruotare insieme al corpo; la regione dove questo si realizza è chiamata ergosfera ...

Questi buchi neri hanno più superfici dove la metrica sembra avere una singolarità; la dimensione e la forma di queste superfici dipendono dalla massa e dal momento angolare del buco nero. La superficie esterna racchiude l'ergosfera ( una sfera appiattita ) ... la superficie interna segna l’orizzonte degli eventi …  nessuna di queste superfici è una vera singolarità, poiché essa può essere eliminata in un riferimento diverso.

 (1) da John Gribbin, “Astronomia e Cosmologia”, le garzantine

 Fotocamera “Tortora”: Gamma Ray Burst del 19 marzo 2008 - Booteszz 

 .

.