Buchi neri. Una delle entità più affascinanti, misteriose e spaventevoli del nostro Universo. Di cui fino a un secolo fa non sospettavamo neanche l’esistenza, e che solo l’anno scorso siamo riusciti finalmente a fotografare. È a loro che è dedicato il premio Nobel per la fisica di quest’anno, assegnato a Roger Penrose, Reihnard Genzel e Andrea Ghez, tre scienziati che con il loro lavoro hanno fatto luce – parole dell’Accademia reale svedese delle scienze – sui “più oscuri segreti dell’Universo”. In particolare, Penrose è stato premiato per aver scoperto che la formazione dei buchi neri è coerente con la teoria della relatività generale di Albert Einstein, mentre Genzel e Getz si sono aggiudicati l’onorificenza per aver scoperto un oggetto supermassiccio al centro della Via Lattea. Oggetto supermassiccio che con ogni probabilità è proprio un enorme buco nero.
Per capire la portata scientifica di queste scoperte dobbiamo tornare indietro a oltre un secolo fa, e precisamente al novembre del 1915, quando un giovane Albert Einstein presentava la sua teoria della relatività generale, scardinando completamente i concetti di tempo, spazio e gravità così come erano stati fino ad allora. La relatività generale, in particolare, descrive come la geometria dello spaziotempo (il “tessuto” con cui è cucito l’Universo) sia modificata dalla gravità: una forza che, oltre a mantenerci saldi sulla Terra, a regolare le orbite dei pianeti attorno al Sole e del Sole attorno al centro della Via Lattea, a far nascere le stelle da polveri di gas e farle collassare sotto il proprio stesso peso, è anche in grado di influenzare la forma dello spazio e lo scorrere del tempo. Per quanto bizzarro possa sembrarci, pare che sia proprio così che funziona il mondo: tutte le prove cui è stata finora sottoposta la teoria della relatività generale hanno infatti superato con successo il vaglio della sperimentazione. Le equazioni di Einstein prevedono, per esempio, che una massa estremamente pesante sia in grado di curvare lo spazio e di rallentare lo scorrere del tempo.
Ma si può fare un ulteriore passo in avanti: cosa succede in presenza di una massa ancora più grande? Uno dei primi a chiederselo – a parte Einstein, chiaramente – fu l’astrofisico tedesco Karl Schwartzschild, che smanettando con le complicate equazioni di campo della relatività generale mostrò come una massa molto grande potesse addirittura “ingoiare” una porzione di spaziotempo, creando quello che poi sarebbe stato chiamato, per l’appunto, un buco nero. Diversi studi successivi ne discussero perfino alcune caratteristiche, e in particolare il cosiddetto orizzonte degli eventi, una sorta di “velo” circolare che avvolge e nasconde il buco nero e tutto quello che si trova al suo interno. Per dare un’idea di quanto siano densi e massicci questi oggetti, si pensi che, se la massa del Sole fosse sufficiente a renderlo un buco nero, il suo orizzonte degli eventi avrebbe un diametro di appena tre chilometri. Se lo fosse la Terra, il diametro del suo orizzonte degli eventi sarebbe lungo nove millimetri.
Fino agli anni sessanta, comunque, i buchi neri furono considerati niente più che una delle possibili soluzioni matematiche delle equazioni di campo di Einstein. Una speculazione teorica della cui esistenza concreta erano convinti in pochi. Le cose iniziarono a cambiare nel 1963 in seguito alla scoperta delle quasar, gli oggetti più luminosi dell’Universo. Tutto era iniziato una decina d’anni prima, con l’osservazione di onde radio provenienti da sorgenti misteriose: tra queste c’era per esempio un oggetto chiamato 3C273, che fu infine localizzato nella costellazione della Vergine. Quando gli astrofisici riuscirono a captare la luce visibile emessa da 3C273, si resero conto che, nonostante la sorgente fosse lontana oltre un miliardo di anni luce, questa possedeva un’intensità simile a quella della luce di diverse centinaia di galassie. L’unica possibile spiegazione che giustificasse l’emissione di un quantitativo di energia così elevato era la caduta di materia dentro un buco nero.
E così, quindi, tornano in gioco i buchi neri ed entra in scena Roger Penrose (e il suo collega Stephen Hawking). Lo scienziato britannico racconta che nel 1964, passeggiando con un collega a Londra, fu illuminato dall’idea delle cosiddette superfici intrappolate, un concetto matematico indispensabile per la descrizione di un buco nero. Si tratta, semplificando molto il concetto, di una superficie che “forza” tutto ciò che la colpisce a puntare verso il proprio centro, indipendentemente dalla curvatura della superficie stessa. Con questa architettura matematica Penrose fu in grado di mostrare che un buco nero nasconde sempre una singolarità, ovvero un punto a densità infinita di materia. Un punto dove tempo e spazio sono dilatati e deformati all’infinito, e per la descrizione del quale non esistono ancora strumenti né teorie. Sostanzialmente, dopo che la materia comincia a collassare su sé stessa fino a formare un buco nero e a creare una superficie intrappolata, dice Penrose, non c’è più alcun modo per sfuggire dall’orizzonte degli eventi e tornare dall’altra parte. Ed è questo il motivo per cui quello che c’è dentro un buco nero è totalmente inaccessibile dall’esterno. Le leggi della fisica che conosciamo fino a questo momento ne prescrivono l’impenetrabilità ab aeterno.
Non riuscire a guardare dentro, o dietro, comunque, non comporta necessariamente non capire. L’esistenza, le caratteristiche e il comportamento dei buchi neri possono infatti essere inferite anche in modo indiretto, osservando i loro effetti sugli altri corpi celesti e sulla luce emessa dalle stelle. A questo punto della storia entrano in scena Genzel e Ghez, che con i loro gruppi di ricerca hanno scandagliato a lungo il centro della nostra galassia, la Via Lattea: studiando il moto di diverse stelle con telescopi a Terra e in orbita, i due scienziati sono arrivati alla conclusione che deve necessariamente esistere un oggetto supermassiccio al centro della Via Lattea. E che questo oggetto supermassiccio, coerentemente con altre congetture e osservazioni, deve necessariamente essere un buco nero. Le misurazioni di Genzel e Getz, tra le altre cose, hanno permesso di testare ancora più precisamente la teoria della relatività e le sue predizioni e hanno gettato le basi per altre osservazioni ancora più risolute. Perché, come fanno sapere da Stoccolma, “l’Universo ha ancora molti segreti e sorprese da scoprire”.
Via: Wired.it
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