Buco nero (Black hole)

Un buco nero è una regione spazio-temporale derivata dal collasso gravitazionale di una stella di grande massa, il quale è circondato da un campo gravitazionale così intenso da non lasciare sfuggire nè la materia nè la radiazione. Per questo motivo sono neri e non si possono osservare direttamente. Il primo astronomo che pensò all’esistenza nel cosmo di questi particolari corpi fu nel 1783 John Michell, ma solo nel 1796, Pierre-Simon De Laplace afferma l’esistenza di “corpi neri”. La prima volta che vengono ipotizzati teoricamente i buchi neri è nel 1939 da Openheimer e Snyder, solo nel 1969 viene coniata l’espressione ‘buco nero’. Si comincia a studiarli in modo più approfondito nel 1971.

Black_Hole_Milkyway

La velocità di fuga è la minima velocità che deve avere un corpo al momento del lancio per allontanarsi indefinitamente dalla superficie di un piano, cioè la velocità necessaria per uscire dal campo gravitazionale di un qualsiasi corpo celeste. Laplace trovò la formula che ci dice che la velocità di fuga V è data da: V= \sqrt{\dfrac{2GM}{R}}

Dalla formula precedente si vede che a parità di massa M, la velocità di fuga V aumenta se il raggio del corpo diminuisce, dunque ci sarà un valore del raggio per cui la velocità di fuga diventa uguale a quella della luce; in particolare il valore del raggio per cui succede ciò, è chiamato raggio di Schwarzschild e si trova: R_{s} = \dfrac{2GM}{c^{2}}   questo raggio è molto piccolo anche se la massa del corpo è molto grande. Il raggio di Schwarzschild per la terra è di 0,9 cm rispetto all’attuale di 6357 chilometri.  Niente può muoversi a velocità uguale o superiore a quella della luce, e dunque quando la velocità della luce non raggiunge la velocità di fuga, nessun segnale di alcun tipo potrà fuggire e l’oggetto sarà “nero”. L’unica indicazione della presenza dell’oggetto è la sua attrazione gravitazionale, se noi ci potessimo camminare sopa la sua gravità ci farebbe cadere, come fossimo in un “buco”.

La superficie di raggio R_{s} è l’orizzonte degli eventi, in quanto delimita ciò che possiamo vedere da ciò che non riusciamo perchè “inghiottito” dal buco nero, questa è una superficie immaginaria e le usuali leggi fisiche in questo campo cessano di valere.

download buco nero

Tutte le stelle si evolvono grazie alla spinta gravitazionale che tende a comprimere la materia, spinta bilanciata dalla pressione generata dalla fornace nucleare nel nucleo che tende ad espanderla. Una volta che la fornace termina il suo combustibile, la pressione decresce, perdendo la battaglia con la gravità e la stella collassa. A questo punto a seconda della massa della stella, possono succedere tre cose. Stelle con massa minore rispetto a quella del Sole collassano a stelle nane bianche del diametro di poche centinaia di chilometri. Stelle con la massa compresa tra una e quattro volte quella del Sole, possono diventare stelle di neutroni, del diametro di pochi chilometri. Le stelle di massa superiore a quatto masse solari, non possono collassare oltre il raggio di Schwarzschild e diventano così buchi neri, le stelle di grande massa che possono diventare buchi neri, sono le supernovae. A seguito dell’esplosione di una supernova, la materia è estremamente addensata in una regione di spazio considerevolmente piccola, tanto da poterla pensare concentrata in un punto di densità infinita chiamato singolarità.

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I buchi neri sono paradossalmente gli oggetti dell’Universo più semplici da descrivere. Bastano solo due quantità: la massa e la velocità di rotazione. Tutte le informazioni sulla complessa struttura della stella da cui hanno avuto origine scompaiono non appena essa attraversa l’orizzonte degli eventi.

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