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Dentro un buco nero

Cosa si sperimenterebbe se si riuscisse a entrare in un buco nero
dentro un buco nero

Viaggio in un buco nero

Un buco nero è una regione di spazio dove la forza di gravità è così intensa che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire da esso (non si tratta di un buco nel senso usuale del termine, ma di una regione con una fortissima attrazione gravitazionale). Si forma al termine della vita di una stella di grande massa (più di otto volte la massa del Sole), quando questa ha consumato al suo interno tutto il combustibile nucleare e non ha più l'apporto della pressione generata dalle reazioni nucleari per controbilanciare l'attrazione gravitazionale che tende a far collassare la stella su sé stessa.

L'evoluzione finale delle stelle prevede tre possibili scenari. Se la massa finale della stella (durante la loro evoluzione le stelle possono perdere una parte considerevole della loro massa) è minore di circa 1,4 masse solari (limite di Chandrasekhar), la stella si contrae fino a diventare un oggetto di grande densità, ma comunque ancora stabile (nana bianca), perché la pressione verso l'esterno che ferma il collasso gravitazionale è garantita dal principio di esclusione di Pauli fra gli elettroni presenti (in parole povere, le leggi della meccanica quantistica impediscono agli elettroni di condensarsi oltre un certo limite).

Per una stella di almeno otto masse solari, la contrazione gravitazionale ha la meglio e la stella esplode come supernova, espellendo nello spazio circostante gran parte del materiale; rimane un nucleo centrale, che se ha massa fino a tre volte quella del Sole (il valore limite è incerto e dipende dalle proprietà della materia alle altissime densità) si compatta a una densità molto maggiore di quella delle nane bianche ma comunque ancora in uno stato di equilibrio (stella di neutroni), con il collasso gravitazionale fermato dal principio di esclusione di Pauli questa volta tra i neutroni piuttosto che tra gli elettroni. Se la massa del nucleo è superiore a tre masse solari, nulla può impedire il collasso gravitazionale e la stella diventa un buco nero, con una densità così elevata (quindi con una gravità così intensa) che la velocità di fuga è maggiore di quella della luce. La superficie ideale che fissa il limite oltre il quale nulla può sfuggire è detta orizzonte degli eventi.

Buco nero stellare

Un buco nero può anche formarsi per accumulazione continua di massa da una stella compagna con cui forma un sistema binario: per esempio, una stella di neutroni può attrarre massa dalla sua compagna fino a superare la massa critica e diventare un buco nero. In questo caso si parla di buco nero stellare, in quanto la massa non deve necessariamente essere molto elevata.

 


Quando si forma un buco nero?

I valori delle masse riportati sopra sono indicativi, in quanto non si conosce ancora con precisione quanto massa deve avere una stella per formare un buco nero piuttosto che una stella di neutroni. Il metodo più affidabile per stimare la massa della stella progenitrice è mostrare che il buco nero o la stella di neutroni fanno parte di un ammasso di stelle, tutte della stessa età. Poiché le stelle con più massa evolvono più rapidamente di quelle meno massive, la massa di una stella può essere stimata se si conosce il suo percorso evolutivo. Le stelle di neutroni e i buchi neri sono al termine della loro vita, pertanto i loro progenitori devono essere stati tra le stelle con più massa dell'ammasso. Anche altri fattori indicano se una stella di grande massa diventerà una stella di neutroni o un buco nero: tra questi, la composizione chimica, la rapidità di rotazione, l'intensità del campo magnetico. Secondo alcuni studi teorici, le stelle di composizione chimica normale diventano buchi neri se hanno una massa compresa tra 25 e 40 masse solari. A conferma dell'incertezza che si ha in tali valutazioni, altri calcoli mostrano che stelle con tale massa non possono diventare buchi neri, ma soltanto stelle di neutroni, perché espellono massa con grande efficacia durante la loro vita.
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Cos'è un buco nero
Nei film di fantascienza si vedono astronavi risucchiate da fantomatici buchi neri da cui vengono completamente distrutte… Ma i buchi neri esistono davvero?
Gianluca Li Causi (Fisicast)