Cos'è una singolarità
Per
capire cos’è una singolarità, bisogna analizzare il
destino di una stella con massa elevata. La sua evoluzione è regolata
dal susseguirsi delle reazioni nucleari che avvengono al suo interno,
a partire da quella iniziale con la quale l’idrogeno viene bruciato
e trasformato in elio, e terminando con il bruciamento degli elementi
più pesanti. Tali reazioni nucleari, oltre a far brillare le stelle,
garantiscono la loro esistenza stabile, perché la pressione esercitata
dall’interno verso l’esterno equilibra la tendenza degli strati
esterni dell’astro a cadere sotto l’azione della gravità.
Quando il combustibile nucleare interno è terminato, ossia quando
anche gli elementi chimici più pesanti sono stati bruciati, la
situazione cambia drasticamente: il peso della struttura esterna della
stella non può più essere sostenuto e tutto collassa verso
il centro. Se la stella ha massa sufficiente (non è il caso del
Sole, all’interno del quale non avvengono tutte le reazioni nucleari
e che collassa semplicemente verso una dimensione minore, stabile), il
collasso è catastrofico e porta alla formazione di un buco
nero, ossia di un oggetto con una gravità così elevata
(infinita) che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Il centro
del buco nero è una singolarità: un punto in cui è
compressa tutta la materia della stella. Il termine ‘singolarità’
rende conto del fatto che in essa le leggi della fisica, così come
le conosciamo, perdono di significato, e non possono pertanto essere applicate
per una descrizione.
Ma non è tutto.
La regione di spazio che circonda la singolarità è limitata
da un confine, detto orizzonte
degli eventi, che individua la zona oltrepassata la quale non è
più possibile tornare indietro. Qualsiasi cosa attraversa l’orizzonte
degli eventi non può più uscirne. Anche la luce subisce
questo destino, per cui l’orizzonte degli eventi impedisce l’osservazione
di una singolarità. Una singolarità di questo tipo è
detta ‘vestita’, in quanto circondata da un orizzonte degli
eventi che la nasconde. Una singolarità vestita è pertanto
non conoscibile per definizione.
Tuttavia, studi teorici basati sulla costruzione di modelli successivamente
verificati al computer, sembrano evidenziare la possibilità che
possano verificarsi collassi stellari senza la formazione di un orizzonte
degli eventi. Si parla in questo caso di ‘singolarità nuda’,
perché osservabile. Se esistessero le singolarità nude,
ci si potrebbe avvicinare a esse e poi si potrebbe tornare indietro. Si
avrebbe quindi la possibilità di conoscere cosa avviene esattamente
in una singolarità. Sarebbe quindi invalidata l’idea che
è la Natura stessa a impedirci di osservare una singolarità,
ipotesi nota come ‘censura cosmica’ e introdotta da Roger
Penrose.
Le singolarità racchiudono le condizioni estreme per studiare gli
effetti della gravità quantistica, per conoscere i quali è
necessario integrare un gran numero di osservazioni alle ipotesi teoriche:
se fossero visibili, le singolarità potrebbero pertanto rappresentare
laboratori importanti in tal senso. La presenza di singolarità
nude potrebbe rendere conto di alcuni fenomeni misteriosi di cui non si
è ancora data una spiegazione: è il caso, per esempio, di
alcune classi di lampi di raggi gamma. Evidenze osservative della loro
esistenza potrebbero derivare dal modo con il quale esse deviano i raggi
luminosi delle stelle di fondo: gli effetti prodotti sulla luce di tali
stelle sarebbero diversi da quelli causati dalla presenza di buchi neri
con un orizzonte degli eventi. Un parametro importante per individuare
una singolarità nuda potrebbe rivelarsi la velocità di rotazione
dei buchi neri, in particolare se risulta maggiore di un determinato limite:
secondo le equazioni della relatività generale, infatti, l’orizzonte
degli eventi non può esistere se un buco nero ruota troppo velocemente
(forzare un buco nero fino a fargli raggiungere una velocità di
rotazione eccessiva, per esempio fornendogli materia, potrebbe essere
quindi un modo per distruggerlo).
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