I buchi neri sono tra i fenomeni più affascinanti dello spazio esterno, e stiamo imparando di più su di loro tutto il tempo. Proprio la scorsa settimana, un gruppo di astronomi ha pubblicato un documento che documenta una rara collisione visibile di buchi neri, che ha prodotto un lampo di luce che ha permesso agli scienziati di vedere l'evento dalla Terra.

Da Star Trek a Doctor Who a The Orville, la fantascienza spesso incorpora buchi neri nelle trame, in gran parte perché c'è ancora così tanto che non sappiamo. Ma Alexander Vilenkin non si lascia affatto intimidire da questo argomento vasto e complesso. The Leonard e Jane Holmes Bernstein Professore di Scienze Evoluzionistiche nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Tufts, ha studiato cosmologia teorica, compresa l'energia oscura, corde cosmiche, e il multiverso, per decenni. Se qualcuno può aiutare a svelare parte del mistero attorno ai buchi neri, è lui.

Vilenkin ha recentemente dato a Tufts Now un corso accelerato per rendere questi giganti cosmici un po' più accessibili. Ecco tre fatti sui buchi neri per avvolgerti la testa.

I buchi neri possono essere incomprensibilmente enormi

I buchi neri si misurano in base alla loro dimensione e massa, o la quantità di materia che hanno. Un buco nero di medie dimensioni può avere una massa venti volte maggiore del Sole. Però, l'attrazione di gravità all'interno di un buco nero è così forte che condensa tutta quella massa in una palla con un diametro di solo una ventina di miglia.

I buchi neri supermassicci sono i buchi neri più grandi. Vilenkin ha detto che questi colossi possono avere una massa di un miliardo di soli con un diametro circa delle dimensioni del nostro sistema solare.

Ogni grande galassia, compresa la Via Lattea, ha almeno un buco nero supermassiccio al centro. "Per quanto riguarda i buchi neri supermassicci, il nostro è piuttosto piccolo. Sono solo pochi milioni di masse solari, " Egli ha detto.

Il buco nero più piccolo registrato è praticamente minuscolo:è appena quattro volte la massa del nostro sole.

I buchi neri possono fondersi

I buchi neri vicini l'uno all'altro tendono ad avvicinarsi l'uno all'altro, disse Vilenkin. "Quello che succede è che questi buchi neri si attaccano l'uno all'altro, gravitazionale, e iniziare a ruotare l'uno intorno all'altro. Formano un sistema binario, e mentre ruotano, gradualmente perderanno la loro energia per radiazione gravitazionale. Si avvicinano sempre di più e ruotano l'uno intorno all'altro sempre più velocemente. Alla fine si uniscono, " Egli ha detto.

Finora, non sono state osservate collisioni di buchi neri supermassicci, ma gli astronomi hanno osservato collisioni di buchi neri molto più piccoli, disse Vilenkin.

Non possiamo vedere una tale collisione attraverso un telescopio, non importa quanto sia potente, perché nessuna luce può sfuggire da un buco nero. Però, utilizzando strumenti molto sensibili e molto grandi chiamati rivelatori di onde gravitazionali, gli scienziati possono rilevare e misurare le onde gravitazionali emesse dai buchi neri. Le onde sono come increspature nello spaziotempo (ne parleremo tra poco), e i dati raccolti raccontano la storia di ciò che sta accadendo a milioni o miliardi di anni luce di distanza.

"Le onde gravitazionali emesse mentre i buchi neri orbitano semplicemente nei loro sistemi binari sono in genere troppo deboli per essere rilevate. Ma questa dose finale di radiazione quando i buchi neri stanno per fondersi, e quando alla fine si fondono per formare un buco nero più grande, è stato osservato più volte, " Egli ha detto.

Le esplosioni di radiazione gravitazionale durano pochissimo tempo, ma vengono in un certo schema. Quando gli astronomi vedono questo schema, Vilenkin ha detto, possono identificarlo come una collisione di buchi neri e capire le loro masse e la loro distanza. A settembre 2019, La NASA ha annunciato che gli astronomi hanno individuato tre buchi neri supermassicci in rotta di collisione in un sistema a circa un miliardo di anni luce dalla Terra.

I buchi neri hanno un punto di non ritorno

I buchi neri hanno quello che viene chiamato un orizzonte degli eventi. Pensa a questo come alla superficie del buco nero. Nulla può sfuggire da sotto la superficie, compresa la luce. Quindi cosa succede quando, Per esempio, una navicella spaziale, attraversa l'orizzonte degli eventi?

"Supponiamo che l'astronave ci invii impulsi di luce mentre si avvicina al buco nero. Mentre l'astronave si avvicina all'orizzonte degli eventi, gli impulsi diventeranno sempre più deboli, e gli intervalli tra loro diventano sempre più lunghi, " disse Vilenkin. "Mentre l'astronave si avvicina molto all'orizzonte degli eventi, lo vediamo come se fosse congelato. Non vedremo mai l'astronave passare effettivamente sotto l'orizzonte degli eventi perché la luce non può sfuggire da lì".

E i viaggiatori nell'astronave? Vilenkin disse mentre l'astronave si avvicinava all'orizzonte degli eventi, non si accorgerebbero di niente di particolare, e ci vedrebbero ancora. Però, una volta che attraversano l'orizzonte degli eventi, questo è un punto di non ritorno. Non puoi girarti e uscire. Puoi solo spostarti verso il centro del buco nero, Egli ha detto.

La gravità diventerà sempre più forte, e poiché la gravità allunga le cose in una direzione, l'astronave verrà spaghettificata. "Alla fine questa astronave colpirà il punto centrale, che si chiama singolarità. La singolarità è, matematicamente, dove la gravità diventa infinitamente forte, così la curvatura dello spaziotempo diventa infinita. Non possiamo davvero dire cosa succede esattamente nella singolarità, ma l'astronave e tutto quello che c'è dentro saranno distrutti ben prima che la nave raggiunga la singolarità, " ha detto Vilenkin.