Quali tipi di buchi neri esistono? Il buco nero più vicino alla Terra. I buchi neri ronzano

A causa della crescita relativamente recente dell'interesse per la creazione di film scientifici popolari sul tema dell'esplorazione spaziale, gli spettatori moderni hanno sentito molto parlare di fenomeni come la singolarità o il buco nero. Tuttavia, i film ovviamente non rivelano la piena natura di questi fenomeni e talvolta addirittura distorcono le teorie scientifiche costruite per ottenere un effetto maggiore. Per questo motivo la comprensione di molti moderni di questi fenomeni è del tutto superficiale o del tutto errata. Una delle soluzioni al problema che si è presentato è questo articolo, in cui cercheremo di comprendere i risultati della ricerca esistente e di rispondere alla domanda: cos'è un buco nero?

Nel 1784, il prete e naturalista inglese John Michell menzionò per la prima volta in una lettera alla Royal Society un ipotetico corpo massiccio che ha un'attrazione gravitazionale così forte che la sua seconda velocità di fuga supererà la velocità della luce. La seconda velocità di fuga è la velocità di cui avrà bisogno un oggetto relativamente piccolo per superare l'attrazione gravitazionale di un corpo celeste e andare oltre l'orbita chiusa attorno a questo corpo. Secondo i suoi calcoli, un corpo con la densità del Sole e un raggio di 500 raggi solari avrà sulla sua superficie una seconda velocità cosmica pari alla velocità della luce. In questo caso, anche la luce non lascerà la superficie di un tale corpo, e quindi questo corpo assorbirà solo la luce in entrata e rimarrà invisibile all'osservatore - una sorta di macchia nera sullo sfondo dello spazio buio.

Tuttavia, il concetto di Michell di un corpo supermassiccio non suscitò molto interesse fino al lavoro di Einstein. Ricordiamo che quest'ultimo definiva la velocità della luce come la velocità massima di trasferimento delle informazioni. Inoltre, Einstein estese la teoria della gravità a velocità vicine alla velocità della luce (). Di conseguenza, non era più rilevante applicare la teoria newtoniana ai buchi neri.

L'equazione di Einstein

Come risultato dell'applicazione della relatività generale ai buchi neri e della risoluzione delle equazioni di Einstein, sono stati identificati i parametri principali di un buco nero, di cui ce ne sono solo tre: massa, carica elettrica e momento angolare. Da segnalare il significativo contributo dell’astrofisico indiano Subramanian Chandrasekhar, che ha realizzato la fondamentale monografia: “Mathematical Theory of Black Holes”.

Pertanto, la soluzione alle equazioni di Einstein è presentata in quattro opzioni per quattro possibili tipi di buchi neri:

• BH senza rotazione e senza addebito – soluzione Schwarzschild. Una delle prime descrizioni di un buco nero (1916) utilizzando le equazioni di Einstein, ma senza tenere conto di due dei tre parametri del corpo. La soluzione del fisico tedesco Karl Schwarzschild permette di calcolare il campo gravitazionale esterno di un corpo massiccio sferico. La particolarità del concetto di buco nero dello scienziato tedesco è la presenza di un orizzonte degli eventi e il nascondersi dietro di esso. Schwarzschild fu anche il primo a calcolare il raggio gravitazionale, che prese il suo nome, che determina il raggio della sfera su cui si troverebbe l'orizzonte degli eventi per un corpo con una determinata massa.
• BH senza rotazione con carica – soluzione Reisner-Nordström. Una soluzione avanzata nel 1916-1918, tenendo conto della possibile carica elettrica di un buco nero. Questa carica non può essere arbitrariamente grande ed è limitata a causa della risultante repulsione elettrica. Quest'ultima deve essere compensata dall'attrazione gravitazionale.
• BH con rotazione e senza carica - soluzione di Kerr (1963). Un buco nero di Kerr rotante differisce da uno statico per la presenza della cosiddetta ergosfera (maggiori informazioni su questo e altri componenti del buco nero).
• BH con rotazione e carica - soluzione Kerr-Newman. Questa soluzione è stata calcolata nel 1965 ed è attualmente la più completa, poiché tiene conto di tutti e tre i parametri del buco nero. Tuttavia, si presume ancora che in natura i buchi neri abbiano una carica insignificante.

Formazione del buco nero

Esistono diverse teorie su come si forma e appare un buco nero, la più famosa delle quali è che nasce dal collasso gravitazionale di una stella con massa sufficiente. Tale compressione può porre fine all'evoluzione delle stelle con una massa superiore a tre masse solari. Al completamento delle reazioni termonucleari all'interno di tali stelle, iniziano a comprimersi rapidamente in superdense. Se la pressione del gas di una stella di neutroni non può compensare le forze gravitazionali, cioè la massa della stella supera la cosiddetta. Limite di Oppenheimer-Volkoff, il collasso continua, con la conseguenza che la materia viene compressa in un buco nero.

Il secondo scenario che descrive la nascita di un buco nero è la compressione del gas protogalattico, cioè il gas interstellare nella fase di trasformazione in una galassia o in una sorta di ammasso. Se la pressione interna non è sufficiente per compensare le stesse forze gravitazionali, potrebbe formarsi un buco nero.

Restano ipotetici altri due scenari:

• Il verificarsi di un buco nero come risultato del cosiddetto buchi neri primordiali.
• Si verifica come risultato di reazioni nucleari che si verificano ad alte energie. Un esempio di tali reazioni sono gli esperimenti sui collisori.

Struttura e fisica dei buchi neri

La struttura di un buco nero secondo Schwarzschild comprende solo due elementi menzionati prima: la singolarità e l'orizzonte degli eventi del buco nero. Parlando brevemente della singolarità, si può notare che è impossibile tracciare una linea retta che la attraversa, e anche che la maggior parte delle teorie fisiche esistenti non funzionano al suo interno. Pertanto, la fisica della singolarità rimane oggi un mistero per gli scienziati. un buco nero è un certo confine, oltrepassando il quale un oggetto fisico perde la possibilità di tornare oltre i suoi limiti e “cadrà” definitivamente nella singolarità del buco nero.

La struttura di un buco nero diventa un po' più complicata nel caso della soluzione di Kerr, cioè in presenza di rotazione del buco nero. La soluzione di Kerr presuppone che il buco abbia un'ergosfera. L'ergosfera è una certa regione situata al di fuori dell'orizzonte degli eventi, all'interno della quale tutti i corpi si muovono nella direzione di rotazione del buco nero. Questa zona non è ancora entusiasmante ed è possibile abbandonarla, a differenza dell'orizzonte degli eventi. L'ergosfera è probabilmente una sorta di analogo di un disco di accrescimento, che rappresenta la materia rotante attorno a corpi massicci. Se un buco nero statico di Schwarzschild è rappresentato come una sfera nera, allora il buco nero di Kerry, a causa della presenza di un'ergosfera, ha la forma di un ellissoide oblato, nella forma del quale spesso vedevamo i buchi neri nei disegni, nei vecchi film o videogiochi.

• Quanto pesa un buco nero? – Il materiale più teorico sull’emergere di un buco nero è disponibile per lo scenario della sua apparizione come risultato del collasso di una stella. In questo caso, la massa massima di una stella di neutroni e la massa minima di un buco nero sono determinate dal limite Oppenheimer-Volkov, secondo il quale il limite inferiore della massa di un buco nero è 2,5 - 3 masse solari. Il buco nero più pesante scoperto (nella galassia NGC 4889) ha una massa di 21 miliardi di masse solari. Tuttavia, non dovremmo dimenticare i buchi neri che ipoteticamente si formano a seguito di reazioni nucleari ad alte energie, come quelle dei collisori. La massa di tali buchi neri quantistici, in altre parole “buchi neri di Planck”, è dell’ordine di grandezza, vale a dire 2·10−5 g.
• Dimensioni del buco nero. Il raggio minimo di un buco nero può essere calcolato dalla massa minima (2,5 – 3 masse solari). Se il raggio gravitazionale del Sole, cioè l'area in cui si troverebbe l'orizzonte degli eventi, è di circa 2,95 km, allora il raggio minimo di un buco nero di 3 masse solari sarà di circa nove chilometri. Dimensioni così relativamente piccole non si adattano alla mente quando parliamo di oggetti massicci che attraggono tutto ciò che li circonda. Tuttavia, per i buchi neri quantistici il raggio è 10 −35 m.
• La densità media di un buco nero dipende da due parametri: massa e raggio. La densità di un buco nero con una massa di circa tre masse solari è di circa 6 10 26 kg/m³, mentre la densità dell'acqua è di 1000 kg/m³. Tuttavia, gli scienziati non hanno trovato buchi neri così piccoli. La maggior parte dei buchi neri rilevati ha masse superiori a 10 5 masse solari. Esiste uno schema interessante secondo il quale quanto più massiccio è il buco nero, tanto minore è la sua densità. In questo caso, una variazione di massa di 11 ordini di grandezza comporta una variazione di densità di 22 ordini di grandezza. Pertanto, un buco nero con una massa di 1·10 9 masse solari ha una densità di 18,5 kg/m³, che è una densità inferiore a quella dell'oro. E i buchi neri con una massa superiore a 10 10 masse solari possono avere una densità media inferiore a quella dell'aria. Sulla base di questi calcoli, è logico supporre che la formazione di un buco nero non avvenga a causa della compressione della materia, ma come risultato dell'accumulo di una grande quantità di materia in un certo volume. Nel caso dei buchi neri quantistici, la loro densità può essere di circa 10 94 kg/m³.
• La temperatura di un buco nero dipende anche inversamente dalla sua massa. Questa temperatura è direttamente correlata a. Lo spettro di questa radiazione coincide con lo spettro di un corpo assolutamente nero, cioè un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente. Lo spettro di radiazione di un corpo assolutamente nero dipende solo dalla sua temperatura, quindi la temperatura del buco nero può essere determinata dallo spettro di radiazione di Hawking. Come accennato in precedenza, questa radiazione è tanto più potente quanto più piccolo è il buco nero. Allo stesso tempo, la radiazione di Hawking rimane ipotetica, poiché non è stata ancora osservata dagli astronomi. Ne consegue che se esiste la radiazione di Hawking, la temperatura dei buchi neri osservati è così bassa da non consentire il rilevamento di questa radiazione. Secondo i calcoli, anche la temperatura di un buco con una massa dell'ordine di quella del Sole è trascurabile (1·10 -7 K o -272°C). La temperatura dei buchi neri quantistici può raggiungere circa 10 12 K e, con la loro rapida evaporazione (circa 1,5 minuti), tali buchi neri possono emettere l'energia di circa dieci milioni di bombe atomiche. Ma, fortunatamente, per creare tali ipotetici oggetti occorrerebbe un'energia 10 14 volte maggiore di quella ottenuta oggi al Large Hadron Collider. Inoltre, tali fenomeni non sono mai stati osservati dagli astronomi.

In cosa consiste un buco nero?

Un'altra domanda preoccupa sia gli scienziati che coloro che sono semplicemente interessati all'astrofisica: in cosa consiste un buco nero? Non esiste una risposta chiara a questa domanda, poiché non è possibile guardare oltre l’orizzonte degli eventi che circonda un buco nero. Inoltre, come accennato in precedenza, i modelli teorici di un buco nero prevedono solo 3 delle sue componenti: l'ergosfera, l'orizzonte degli eventi e la singolarità. È logico supporre che nell'ergosfera ci siano solo quegli oggetti che sono stati attratti dal buco nero e che ora ruotano attorno ad esso: vari tipi di corpi cosmici e gas cosmici. L'orizzonte degli eventi è solo un sottile confine implicito, una volta oltre il quale gli stessi corpi cosmici sono irrevocabilmente attratti verso l'ultima componente principale del buco nero: la singolarità. La natura della singolarità non è stata studiata oggi ed è troppo presto per parlare della sua composizione.

Secondo alcune ipotesi, un buco nero può essere costituito da neutroni. Se seguiamo lo scenario della comparsa di un buco nero a seguito della compressione di una stella in una stella di neutroni con la sua successiva compressione, allora probabilmente la parte principale del buco nero è costituita da neutroni, di cui è costituita la stessa stella di neutroni . In termini semplici: quando una stella collassa, i suoi atomi vengono compressi in modo tale che gli elettroni si combinano con i protoni, formando così neutroni. Una reazione simile avviene effettivamente in natura e con la formazione di un neutrone si verifica la radiazione di neutrini. Tuttavia, queste sono solo supposizioni.

Cosa succede se cadi in un buco nero?

Cadere in un buco nero astrofisico provoca l'allungamento del corpo. Consideriamo un ipotetico cosmonauta suicida che si dirige verso un buco nero indossando solo una tuta spaziale, con i piedi prima. Attraversando l'orizzonte degli eventi, l'astronauta non noterà alcun cambiamento, nonostante non abbia più la possibilità di tornare indietro. Ad un certo punto, l'astronauta raggiungerà un punto (leggermente dietro l'orizzonte degli eventi) in cui inizierà a verificarsi la deformazione del suo corpo. Poiché il campo gravitazionale di un buco nero non è uniforme ed è rappresentato da un gradiente di forza crescente verso il centro, le gambe dell’astronauta saranno soggette ad un’influenza gravitazionale notevolmente maggiore rispetto, ad esempio, alla testa. Quindi, a causa della gravità, o meglio delle forze di marea, le gambe “cadranno” più velocemente. Pertanto, il corpo inizia ad allungarsi gradualmente in lunghezza. Per descrivere questo fenomeno, gli astrofisici hanno inventato un termine piuttosto creativo: spaghettificazione. Un ulteriore allungamento del corpo probabilmente lo decomporrà in atomi che, prima o poi, raggiungeranno una singolarità. Si può solo immaginare come si sentirà una persona in questa situazione. Vale la pena notare che l'effetto dello stiramento di un corpo è inversamente proporzionale alla massa del buco nero. Cioè, se un buco nero con la massa di tre Soli allunga/lacera istantaneamente il corpo, allora il buco nero supermassiccio avrà forze mareali inferiori e ci sono suggerimenti che alcuni materiali fisici potrebbero “tollerare” tale deformazione senza perdere la loro struttura.

Come sapete, il tempo scorre più lentamente vicino a oggetti massicci, il che significa che il tempo per un astronauta kamikaze scorrerà molto più lentamente che per i terrestri. In questo caso, forse sopravviverà non solo ai suoi amici, ma anche alla Terra stessa. Per determinare quanto tempo rallenterà un astronauta, saranno necessari dei calcoli, ma da quanto sopra si può presumere che l'astronauta cadrà nel buco nero molto lentamente e, forse, semplicemente non vivrà abbastanza per vedere il momento in cui il suo il corpo comincia a deformarsi.

È interessante notare che per un osservatore dall'esterno, tutti i corpi che volano verso l'orizzonte degli eventi rimarranno sul bordo di questo orizzonte finché la loro immagine non scompare. La ragione di questo fenomeno è lo spostamento verso il rosso gravitazionale. Semplificando un po', possiamo dire che la luce che cade sul corpo di un cosmonauta suicida “congelato” all'orizzonte degli eventi cambierà la sua frequenza a causa del suo tempo rallentato. Man mano che il tempo passa più lentamente, la frequenza della luce diminuirà e la lunghezza d'onda aumenterà. Come risultato di questo fenomeno, in uscita, cioè per un osservatore esterno, la luce si sposterà gradualmente verso la bassa frequenza: il rosso. Avrà luogo uno spostamento della luce lungo lo spettro, man mano che il cosmonauta suicida si allontana sempre più dall'osservatore, anche se in modo quasi impercettibile, e il suo tempo scorre sempre più lentamente. Pertanto, la luce riflessa dal suo corpo andrà presto oltre lo spettro visibile (l'immagine scomparirà), e in futuro il corpo dell'astronauta potrà essere rilevato solo nella regione della radiazione infrarossa, poi nella radiofrequenza, e di conseguenza le radiazioni saranno completamente sfuggenti.

Nonostante quanto sopra, si presume che nei buchi neri supermassicci molto grandi, le forze di marea non cambino molto con la distanza e agiscano quasi uniformemente sul corpo in caduta. In questo caso, la navicella spaziale in caduta manterrebbe la sua struttura. Sorge una domanda ragionevole: dove conduce il buco nero? A questa domanda si può rispondere grazie al lavoro di alcuni scienziati, che collegano due fenomeni come i wormhole e i buchi neri.

Già nel 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen avanzarono un'ipotesi sull'esistenza dei cosiddetti wormhole, che collegano due punti dello spazio-tempo attraverso luoghi di curvatura significativa di quest'ultimo: un ponte Einstein-Rosen o wormhole. Per una curvatura dello spazio così potente sarebbero necessari corpi con una massa gigantesca, il cui ruolo sarebbe perfettamente svolto dai buchi neri.

Il ponte Einstein-Rosen è considerato un wormhole invalicabile perché di piccole dimensioni e instabile.

Un wormhole attraversabile è possibile nell’ambito della teoria dei buchi bianchi e neri. Dove il buco bianco è l'output delle informazioni intrappolate nel buco nero. Il buco bianco è descritto nel quadro della relatività generale, ma oggi rimane ipotetico e non è stato scoperto. Un altro modello di wormhole è stato proposto dagli scienziati americani Kip Thorne e dal suo studente laureato Mike Morris, che può essere passabile. Tuttavia, sia nel caso del wormhole Morris-Thorne che nel caso dei buchi bianchi e neri, la possibilità di viaggiare richiede l'esistenza della cosiddetta materia esotica, che possiede energia negativa e resta anch'essa ipotetica.

Buchi neri nell'Universo

L'esistenza dei buchi neri è stata confermata relativamente di recente (settembre 2015), ma prima di allora esisteva già molto materiale teorico sulla natura dei buchi neri, così come molti oggetti candidati al ruolo di buco nero. Prima di tutto, dovresti prendere in considerazione le dimensioni del buco nero, poiché la natura stessa del fenomeno dipende da loro:

• Buco nero di massa stellare. Tali oggetti si formano a seguito del collasso di una stella. Come accennato in precedenza, la massa minima di un corpo capace di formare un simile buco nero è di 2,5 - 3 masse solari.
• Buchi neri di massa intermedia. Un tipo intermedio condizionale di buco nero che è cresciuto a causa dell'assorbimento di oggetti vicini, come un ammasso di gas, una stella vicina (in sistemi di due stelle) e altri corpi cosmici.
• Buco nero supermassiccio. Oggetti compatti con 10 5 -10 10 masse solari. Le proprietà distintive di tali buchi neri sono la loro densità paradossalmente bassa, così come le deboli forze di marea, menzionate in precedenza. Questo è esattamente il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea (Sagittarius A*, Sgr A*), così come la maggior parte delle altre galassie.

I candidati per il ChD

Il buco nero più vicino, o meglio un candidato al ruolo di buco nero, è un oggetto (V616 Monoceros), che si trova a una distanza di 3000 anni luce dal Sole (nella nostra galassia). È costituito da due componenti: una stella con una massa pari alla metà della massa del Sole, nonché un piccolo corpo invisibile la cui massa è di 3-5 masse solari. Se questo oggetto risulta essere un piccolo buco nero di massa stellare, diventerà giustamente il buco nero più vicino.

Dopo questo oggetto, il secondo buco nero più vicino è l'oggetto Cygnus X-1 (Cyg X-1), che era il primo candidato al ruolo di buco nero. La distanza è di circa 6070 anni luce. Abbastanza ben studiato: ha una massa di 14,8 masse solari e un raggio dell'orizzonte degli eventi di circa 26 km.

Secondo alcune fonti, un altro candidato più vicino al ruolo di buco nero potrebbe essere un corpo nel sistema stellare V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), che, secondo le stime del 1999, si trovava a una distanza di 1600 anni luce. Tuttavia, studi successivi hanno aumentato questa distanza di almeno 15 volte.

Quanti buchi neri ci sono nella nostra galassia?

Non esiste una risposta esatta a questa domanda, poiché osservarli è piuttosto difficile e durante l'intero periodo di studio del cielo gli scienziati sono stati in grado di scoprire circa una dozzina di buchi neri all'interno della Via Lattea. Senza indulgere nei calcoli, notiamo che nella nostra galassia ci sono circa 100-400 miliardi di stelle e circa una millesima stella ha una massa sufficiente per formare un buco nero. È probabile che milioni di buchi neri si siano formati durante l'esistenza della Via Lattea. Poiché è più facile individuare buchi neri di dimensioni enormi, è logico supporre che molto probabilmente la maggior parte dei buchi neri nella nostra galassia non siano supermassicci. È interessante notare che la ricerca della NASA nel 2005 suggerisce la presenza di un intero sciame di buchi neri (10-20mila) che ruotano attorno al centro della galassia. Inoltre, nel 2016, gli astrofisici giapponesi hanno scoperto un enorme satellite vicino all'oggetto *: un buco nero, il nucleo della Via Lattea. A causa del piccolo raggio (0,15 anni luce) di questo corpo e della sua enorme massa (100.000 masse solari), gli scienziati presumono che questo oggetto sia anche un buco nero supermassiccio.

Il nucleo della nostra galassia, il buco nero della Via Lattea (Sagittarius A*, Sgr A* o Sagittarius A*) è supermassiccio e ha una massa di 4,31 10 6 masse solari e un raggio di 0,00071 anni luce (6,25 ore luce o 6,75 miliardi di km). La temperatura di Sagittarius A*, insieme all'ammasso che lo circonda, è di circa 1·10 7 K.

Il più grande buco nero

Il più grande buco nero dell'Universo scoperto dagli scienziati è un buco nero supermassiccio, FSRQ blazar, al centro della galassia S5 0014+81, a una distanza di 1,2 10 10 anni luce dalla Terra. Secondo i risultati preliminari dell'osservazione effettuata con l'osservatorio spaziale Swift, la massa del buco nero era di 40 miliardi (40·10 9) di masse solari, e il raggio di Schwarzschild di tale buco era di 118,35 miliardi di chilometri (0,013 anni luce). Inoltre, secondo i calcoli, è sorto 12,1 miliardi di anni fa (1,6 miliardi di anni dopo il Big Bang). Se questo gigantesco buco nero non assorbe la materia che lo circonda, vivrà fino all'era dei buchi neri, una delle epoche dello sviluppo dell'Universo, durante la quale i buchi neri domineranno in esso. Se il nucleo della galassia S5 0014+81 continua a crescere, diventerà uno degli ultimi buchi neri che esisteranno nell'Universo.

Gli altri due buchi neri conosciuti, sebbene non abbiano nomi propri, sono della massima importanza per lo studio dei buchi neri, poiché ne hanno confermato sperimentalmente l'esistenza, e hanno fornito importanti risultati anche per lo studio della gravità. Stiamo parlando dell'evento GW150914, ovvero la collisione di due buchi neri in uno solo. Questo evento ha permesso di registrarsi.

Rilevazione di buchi neri

Prima di considerare i metodi per rilevare i buchi neri, dovremmo rispondere alla domanda: perché un buco nero è nero? – la risposta a questa domanda non richiede una conoscenza approfondita dell’astrofisica e della cosmologia. Il fatto è che un buco nero assorbe tutta la radiazione che cade su di esso e non emette affatto, se non si tiene conto di quella ipotetica. Se consideriamo questo fenomeno in modo più dettagliato, possiamo supporre che all'interno dei buchi neri non avvengano processi che portano al rilascio di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Quindi, se un buco nero emette, lo fa nello spettro di Hawking (che coincide con lo spettro di un corpo riscaldato, assolutamente nero). Tuttavia, come accennato in precedenza, questa radiazione non è stata rilevata, il che suggerisce che la temperatura dei buchi neri sia completamente bassa.

Un'altra teoria generalmente accettata afferma che la radiazione elettromagnetica non è affatto in grado di lasciare l'orizzonte degli eventi. È molto probabile che i fotoni (particelle di luce) non siano attratti da oggetti massicci poiché, secondo la teoria, essi stessi non hanno massa. Tuttavia, il buco nero continua ad “attrarre” fotoni di luce attraverso la distorsione dello spazio-tempo. Se immaginiamo un buco nero nello spazio come una sorta di depressione sulla superficie liscia dello spazio-tempo, allora c'è una certa distanza dal centro del buco nero, avvicinandosi alla quale la luce non potrà più allontanarsi da esso. Cioè, grosso modo, la luce comincia a “cadere” in un “buco” che non ha nemmeno un “fondo”.

Inoltre, se prendiamo in considerazione l'effetto dello spostamento verso il rosso gravitazionale, è possibile che la luce in un buco nero perda la sua frequenza, spostandosi lungo lo spettro nella regione delle radiazioni a onde lunghe a bassa frequenza fino a perdere del tutto energia.

Quindi, un buco nero è di colore nero e quindi difficile da rilevare nello spazio.

Metodi di rilevamento

Diamo un'occhiata ai metodi utilizzati dagli astronomi per rilevare un buco nero:

Oltre ai metodi sopra menzionati, gli scienziati spesso associano oggetti come buchi neri e. I quasar sono alcuni ammassi di corpi cosmici e gas, che sono tra gli oggetti astronomici più luminosi dell'Universo. Poiché hanno un’elevata intensità di luminescenza a dimensioni relativamente piccole, c’è motivo di supporre che il centro di questi oggetti sia un buco nero supermassiccio, che attrae la materia circostante. A causa di un'attrazione gravitazionale così potente, la materia attratta è così riscaldata da irradiarsi intensamente. La scoperta di tali oggetti viene solitamente paragonata alla scoperta di un buco nero. A volte i quasar possono emettere getti di plasma riscaldato in due direzioni: getti relativistici. Le ragioni della comparsa di tali getti non sono del tutto chiare, ma probabilmente sono causate dall'interazione dei campi magnetici del buco nero e del disco di accrescimento e non sono emessi direttamente dal buco nero.

Getto nella galassia M87 sparando dal centro del buco nero

Per riassumere quanto sopra, potete immaginare, da vicino: si tratta di un oggetto sferico nero attorno al quale ruota materia altamente riscaldata, formando un disco di accrescimento luminoso.

Fusioni e collisioni di buchi neri

Uno dei fenomeni più interessanti dell'astrofisica è la collisione dei buchi neri, che rende possibile anche rilevare corpi astronomici così massicci. Tali processi interessano non solo gli astrofisici, poiché danno luogo a fenomeni poco studiati dai fisici. L'esempio più eclatante è l'evento già menzionato chiamato GW150914, quando due buchi neri si avvicinarono così tanto che, a causa della loro reciproca attrazione gravitazionale, si fusero in uno solo. Una conseguenza importante di questa collisione fu l'emergere di onde gravitazionali.

Secondo la definizione, le onde gravitazionali sono cambiamenti nel campo gravitazionale che si propagano in modo ondulatorio da oggetti massicci in movimento. Quando due di questi oggetti si avvicinano, iniziano a ruotare attorno a un centro di gravità comune. Man mano che si avvicinano, la loro rotazione attorno al proprio asse aumenta. Tali oscillazioni alternate del campo gravitazionale ad un certo punto possono formare una potente onda gravitazionale, che può diffondersi nello spazio per milioni di anni luce. Così, a una distanza di 1,3 miliardi di anni luce, due buchi neri si sono scontrati, generando una potente onda gravitazionale che ha raggiunto la Terra il 14 settembre 2015 ed è stata registrata dai rilevatori LIGO e VIRGO.

Come muoiono i buchi neri?

Ovviamente, affinché un buco nero cessi di esistere, dovrebbe perdere tutta la sua massa. Tuttavia, secondo la sua definizione, nulla può lasciare il buco nero se ha attraversato il suo orizzonte degli eventi. È noto che la possibilità dell'emissione di particelle da un buco nero fu menzionata per la prima volta dal fisico teorico sovietico Vladimir Gribov, nella sua discussione con un altro scienziato sovietico Yakov Zeldovich. Sosteneva che dal punto di vista della meccanica quantistica, un buco nero è in grado di emettere particelle attraverso l'effetto tunnel. Successivamente, utilizzando la meccanica quantistica, il fisico teorico inglese Stephen Hawking costruì la sua teoria leggermente diversa. Puoi leggere di più su questo fenomeno. In breve, nel vuoto esistono le cosiddette particelle virtuali, che nascono costantemente in coppia e si annichilano a vicenda, senza interagire con il mondo esterno. Ma se tali coppie compaiono sull’orizzonte degli eventi di un buco nero, allora una forte gravità è ipoteticamente capace di separarle, con una particella che cade nel buco nero e l’altra che si allontana dal buco nero. E poiché è possibile osservare una particella che vola via da un buco, e quindi ha energia positiva, allora una particella che cade in un buco deve avere energia negativa. Pertanto, il buco nero perderà la sua energia e si verificherà un effetto chiamato evaporazione del buco nero.

Secondo i modelli esistenti di un buco nero, come accennato in precedenza, man mano che la sua massa diminuisce, la sua radiazione diventa più intensa. Quindi, nella fase finale dell’esistenza del buco nero, quando potrebbe ridursi alle dimensioni di un buco nero quantistico, rilascerà un’enorme quantità di energia sotto forma di radiazione, che potrebbe essere equivalente a migliaia o addirittura milioni di energia atomica. bombe. Questo evento ricorda in qualche modo l'esplosione di un buco nero, come la stessa bomba. Secondo i calcoli, i buchi neri primordiali potrebbero essere nati a seguito del Big Bang, e quelli con una massa di circa 10 12 kg sarebbero evaporati ed esplosi intorno al nostro tempo. Comunque sia, tali esplosioni non sono mai state notate dagli astronomi.

Nonostante il meccanismo proposto da Hawking per distruggere i buchi neri, le proprietà della radiazione di Hawking causano un paradosso nel quadro della meccanica quantistica. Se un buco nero assorbe un certo corpo e poi perde la massa risultante dall'assorbimento di questo corpo, indipendentemente dalla natura del corpo, il buco nero non sarà diverso da quello che era prima di assorbire il corpo. In questo caso, le informazioni sul corpo vanno perse per sempre. Dal punto di vista dei calcoli teorici, la trasformazione dello stato puro iniziale nel risultante stato misto (“termico”) non corrisponde all’attuale teoria della meccanica quantistica. Questo paradosso è talvolta chiamato la scomparsa dell'informazione in un buco nero. Una soluzione definitiva a questo paradosso non è mai stata trovata. Soluzioni note al paradosso:

• L'invalidità della teoria di Hawking. Ciò comporta l'impossibilità di distruggere un buco nero e la sua crescita costante.
• Presenza di buchi bianchi. In questo caso, le informazioni assorbite non scompaiono, ma vengono semplicemente espulse in un altro Universo.
• Incoerenza della teoria generalmente accettata della meccanica quantistica.

Problema irrisolto della fisica dei buchi neri

A giudicare da tutto ciò che è stato descritto in precedenza, i buchi neri, sebbene siano stati studiati per un tempo relativamente lungo, hanno ancora molte caratteristiche, i cui meccanismi sono ancora sconosciuti agli scienziati.

• Nel 1970, uno scienziato inglese formulò il cosiddetto. “il principio della censura cosmica” – “La natura detesta la nuda singolarità”. Ciò significa che le singolarità si formano solo in luoghi nascosti alla vista, come il centro di un buco nero. Tuttavia, questo principio non è stato ancora dimostrato. Esistono anche calcoli teorici secondo i quali può formarsi una singolarità “nuda”.
• Non è stato dimostrato nemmeno il “teorema senza capelli”, secondo il quale i buchi neri hanno solo tre parametri.
• Non è stata sviluppata una teoria completa della magnetosfera del buco nero.
• La natura e la fisica della singolarità gravitazionale non sono state studiate.
• Non si sa con certezza cosa accada nella fase finale dell'esistenza di un buco nero e cosa rimane dopo il suo decadimento quantistico.

Fatti interessanti sui buchi neri

Riassumendo quanto sopra, possiamo evidenziare diverse caratteristiche interessanti e insolite della natura dei buchi neri:

• I BH hanno solo tre parametri: massa, carica elettrica e momento angolare. A causa del numero così piccolo di caratteristiche di questo corpo, il teorema che lo afferma è chiamato “teorema senza capelli”. Da qui deriva anche la frase “un buco nero non ha capelli”, che significa che due buchi neri sono assolutamente identici, i loro tre parametri menzionati sono gli stessi.
• La densità del buco nero può essere inferiore alla densità dell'aria e la temperatura è vicina allo zero assoluto. Da ciò possiamo supporre che la formazione di un buco nero non avvenga a causa della compressione della materia, ma come risultato dell'accumulo di una grande quantità di materia in un certo volume.
• Il tempo scorre molto più lentamente per i corpi assorbiti da un buco nero che per un osservatore esterno. Inoltre, i corpi assorbiti si estendono in modo significativo all'interno del buco nero, fenomeno che gli scienziati chiamano spaghettificazione.
• Potrebbero esserci circa un milione di buchi neri nella nostra galassia.
• Probabilmente esiste un buco nero supermassiccio al centro di ogni galassia.
• In futuro, secondo il modello teorico, l'Universo raggiungerà la cosiddetta era dei buchi neri, quando i buchi neri diventeranno i corpi dominanti nell'Universo.

I buchi neri sono forse gli oggetti astronomici più misteriosi ed enigmatici del nostro Universo, dal momento della loro scoperta hanno attirato l'attenzione degli scienziati e stuzzicano la fantasia degli scrittori di fantascienza; Cosa sono i buchi neri e cosa rappresentano? I buchi neri sono stelle estinte che, per le loro caratteristiche fisiche, hanno una densità così elevata e una gravità così potente che nemmeno la luce può sfuggire al di là di essi.

Storia della scoperta dei buchi neri

Per la prima volta, l'esistenza teorica dei buchi neri, molto prima della loro effettiva scoperta, fu suggerita da un certo D. Michel (un prete inglese della contea dello Yorkshire, interessato all'astronomia nel tempo libero) nel 1783. Secondo i suoi calcoli, se prendiamo il nostro e lo comprimiamo (nel moderno linguaggio informatico, lo archiviamo) in un raggio di 3 km, si formerà una forza gravitazionale così grande (semplicemente enorme) che nemmeno la luce sarà in grado di lasciarla. . È così che è apparso il concetto di “buco nero”, anche se in realtà non è affatto nero, secondo noi il termine “buco oscuro” sarebbe più appropriato, perché è proprio l’assenza di luce che si verifica;

Più tardi, nel 1918, il grande scienziato Albert Einstein scrisse sulla questione dei buchi neri nel contesto della teoria della relatività. Ma fu solo nel 1967, grazie agli sforzi dell’astrofisico americano John Wheeler, che il concetto di buchi neri conquistò finalmente un posto nei circoli accademici.

Comunque sia, D. Michel, Albert Einstein e John Wheeler nelle loro opere presupponevano solo l'esistenza teorica di questi misteriosi oggetti celesti nello spazio, ma la vera scoperta dei buchi neri ebbe luogo nel 1971, fu allora che essi furono notati per la prima volta al telescopio.

Ecco come appare un buco nero.

Come si formano i buchi neri nello spazio

Come sappiamo dall'astrofisica, tutte le stelle (incluso il nostro Sole) hanno una riserva limitata di carburante. E sebbene la vita di una stella possa durare miliardi di anni luce, prima o poi questa fornitura condizionata di carburante finisce e la stella “si spegne”. Il processo di “svanimento” di una stella è accompagnato da intense reazioni, durante le quali la stella subisce una trasformazione significativa e, a seconda delle sue dimensioni, può trasformarsi in una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. Inoltre, le stelle più grandi, con dimensioni incredibilmente impressionanti, di solito si trasformano in un buco nero: a causa della compressione di queste dimensioni incredibili, si verifica un aumento multiplo della massa e della forza gravitazionale del buco nero appena formato, che si trasforma in un buco nero una specie di aspirapolvere galattico che assorbe tutto e tutti coloro che lo circondano.

Un buco nero ingoia una stella.

Una piccola nota: il nostro Sole, per gli standard galattici, non è affatto una grande stella e dopo la sua estinzione, che avverrà tra circa qualche miliardo di anni, molto probabilmente non si trasformerà in un buco nero.

Ma siamo onesti con te: oggi gli scienziati non conoscono ancora tutte le complessità della formazione di un buco nero, senza dubbio si tratta di un processo astrofisico estremamente complesso, che di per sé può durare milioni di anni luce; Anche se è possibile avanzare in questa direzione potrebbe essere la scoperta e il successivo studio dei cosiddetti buchi neri intermedi, cioè stelle in stato di estinzione, in cui avviene il processo attivo di formazione del buco nero. A proposito, una stella simile è stata scoperta dagli astronomi nel 2014 nel braccio di una galassia a spirale.

Quanti buchi neri ci sono nell'Universo?

Secondo le teorie degli scienziati moderni, nella nostra galassia, la Via Lattea, potrebbero esserci fino a centinaia di milioni di buchi neri. Potrebbero non essercene di meno nella nostra galassia vicina, verso la quale non c'è nulla da cui volare dalla nostra Via Lattea - 2,5 milioni di anni luce.

Teoria del buco nero

Nonostante l'enorme massa (che è centinaia di migliaia di volte maggiore della massa del nostro Sole) e l'incredibile forza di gravità, non è stato facile vedere i buchi neri attraverso un telescopio, perché non emettono affatto luce. Gli scienziati sono riusciti a notare il buco nero solo al momento del suo "pasto" - assorbimento di un'altra stella, in questo momento appare la radiazione caratteristica, che può già essere osservata. Pertanto, la teoria del buco nero ha trovato conferma effettiva.

Proprietà dei buchi neri

La proprietà principale di un buco nero sono i suoi incredibili campi gravitazionali, che non consentono allo spazio e al tempo circostanti di rimanere nel loro stato abituale. Sì, hai sentito bene, il tempo all'interno di un buco nero passa molte volte più lentamente del solito, e se tu fossi lì, quando tornassi indietro (se fossi così fortunato, ovviamente), saresti sorpreso di notare che sono passati secoli sulla Terra, e non sei nemmeno invecchiato e non hai fatto in tempo. Anche se siamo onesti, se fossi all'interno di un buco nero, difficilmente sopravviveresti, poiché la forza di gravità è tale che qualsiasi oggetto materiale verrebbe semplicemente fatto a pezzi, nemmeno in pezzi, in atomi.

Ma anche se fossi vicino a un buco nero, nel raggio d'azione del suo campo gravitazionale, avresti difficoltà, poiché più resisti alla sua gravità, cercando di volare via, più velocemente cadresti dentro. La ragione di questo apparentemente paradosso è il campo di vortici gravitazionali che possiedono tutti i buchi neri.

Cosa succede se una persona cade in un buco nero?

Evaporazione dei buchi neri

L'astronomo inglese S. Hawking ha scoperto un fatto interessante: sembra che anche i buchi neri emettano evaporazione. È vero, questo vale solo per i fori di massa relativamente piccola. La potente gravità che li circonda dà vita a coppie di particelle e antiparticelle, una delle coppie viene attirata dal buco e la seconda viene espulsa. Pertanto, il buco nero emette antiparticelle dure e raggi gamma. Questa evaporazione o radiazione da un buco nero prende il nome dallo scienziato che la scoprì: "radiazione di Hawking".

Il più grande buco nero

Secondo la teoria del buco nero, al centro di quasi tutte le galassie si trovano enormi buchi neri con masse da diversi milioni a diversi miliardi di masse solari. E relativamente di recente, gli scienziati hanno scoperto che i due più grandi buchi neri finora conosciuti si trovano in due galassie vicine: NGC 3842 e NGC 4849;

NGC 3842 è la galassia più luminosa della costellazione del Leone, situata a 320 milioni di anni luce da noi. Al suo centro si trova un enorme buco nero del peso di 9,7 miliardi di masse solari.

NGC 4849, una galassia nell'ammasso della Chioma, distante 335 milioni di anni luce, vanta un buco nero altrettanto impressionante.

Il campo gravitazionale di questi buchi neri giganti, o in termini accademici, il loro orizzonte degli eventi, è circa 5 volte la distanza dal Sole a! Un simile buco nero divorerebbe il nostro sistema solare e non soffocherebbe nemmeno.

Il più piccolo buco nero

Ma nella vasta famiglia dei buchi neri ci sono anche rappresentanti molto piccoli. Pertanto, il buco nero più nano scoperto finora dagli scienziati ha solo 3 volte la massa del nostro Sole. Questo, infatti, è il minimo teorico richiesto per la formazione di un buco nero; se quella stella fosse stata leggermente più piccola, il buco non si sarebbe formato;

I buchi neri sono cannibali

Sì, esiste un fenomeno del genere, come abbiamo scritto sopra, i buchi neri sono una sorta di "aspirapolvere galattici" che assorbono tutto ciò che li circonda, inclusi... altri buchi neri. Recentemente, gli astronomi hanno scoperto che un buco nero di una galassia veniva divorato da un ghiottone nero ancora più grande, proveniente da un’altra galassia.

• Secondo le ipotesi di alcuni scienziati, i buchi neri non sono solo aspirapolvere galattici, che risucchiano tutto dentro di sé, ma in determinate circostanze possono essi stessi dare vita a nuovi universi.
• I buchi neri possono evaporare nel tempo. Abbiamo scritto sopra che lo scienziato inglese Stephen Hawking ha scoperto che i buchi neri hanno la proprietà della radiazione e dopo un periodo di tempo molto lungo, quando non c'è più nulla da assorbire in giro, il buco nero inizierà a evaporare di più, finché col tempo darà tutta la sua massa nello spazio circostante. Anche se questa è solo una supposizione, un'ipotesi.
• I buchi neri rallentano il tempo e piegano lo spazio. Abbiamo già scritto della dilatazione del tempo, ma anche lo spazio nelle condizioni di un buco nero sarà completamente curvo.
• I buchi neri limitano il numero di stelle nell’Universo. I loro campi gravitazionali, infatti, impediscono il raffreddamento delle nubi di gas nello spazio, dalle quali, come è noto, nascono nuove stelle.

Buchi neri su Discovery Channel, video

E in conclusione, vi offriamo un interessante documentario scientifico sui buchi neri di Discovery Channel

>

Considera il misterioso e l'invisibile buchi neri nell'Universo: fatti interessanti, ricerca di Einstein, tipi supermassicci e intermedi, teoria, struttura.

- uno degli oggetti più interessanti e misteriosi nello spazio. Hanno un'alta densità e la forza gravitazionale è così potente che nemmeno la luce può fuoriuscire oltre i suoi limiti.

Albert Einstein parlò per la prima volta dei buchi neri nel 1916, quando creò la teoria della relatività generale. Il termine stesso è nato nel 1967 grazie a John Wheeler. E il primo buco nero fu “visto” nel 1971.

La classificazione dei buchi neri comprende tre tipologie: buchi neri di massa stellare, buchi neri supermassicci e buchi neri di massa intermedia. Assicurati di guardare il video sui buchi neri per apprendere molti fatti interessanti e conoscere meglio queste misteriose formazioni cosmiche.

Fatti interessanti sui buchi neri

• Se ti trovi all'interno di un buco nero, la gravità ti allungherà. Ma non c'è bisogno di aver paura, perché morirai prima di raggiungere la singolarità. Uno studio del 2012 ha suggerito che gli effetti quantistici trasformano l’orizzonte degli eventi in un muro di fuoco che ti trasforma in un mucchio di cenere.
• I buchi neri non "succhiano". Questo processo è causato dal vuoto, che non è presente in questa formazione. Quindi il materiale semplicemente cade.
• Il primo buco nero è stato Cygnus X-1, trovato da razzi dotati di contatori Geiger. Nel 1971, gli scienziati ricevettero un segnale radio dal Cygnus X-1. Questo oggetto divenne oggetto di una disputa tra Kip Thorne e Stephen Hawking. Quest'ultimo credeva che non si trattasse di un buco nero. Nel 1990 ammise la sconfitta.
• Piccoli buchi neri potrebbero essere comparsi immediatamente dopo il Big Bang. Lo spazio in rapida rotazione ha compresso alcune aree in buchi densi, meno massicci del Sole.
• Se la stella si avvicina troppo potrebbe rompersi.
• Si stima generalmente che esistano fino a un miliardo di buchi neri stellari con una massa tre volte quella del Sole.
• Se confrontiamo la teoria delle stringhe e la meccanica classica, la prima dà origine a più varietà di giganti massicci.

Il pericolo dei buchi neri

Quando una stella esaurisce il carburante, può iniziare il processo di autodistruzione. Se la sua massa fosse tre volte quella del Sole, il nucleo rimanente diventerebbe una stella di neutroni o una nana bianca. Ma la stella più grande si trasforma in un buco nero.

Tali oggetti sono piccoli, ma hanno una densità incredibile. Immagina che di fronte a te ci sia un oggetto delle dimensioni di una città, ma la sua massa è tre volte quella del Sole. Ciò crea una forza gravitazionale incredibilmente enorme che attira polvere e gas, aumentandone le dimensioni. Rimarrai sorpreso, ma potrebbero esserci diverse centinaia di milioni di buchi neri stellari.

Buchi neri supermassicci

Naturalmente, nulla nell’universo è paragonabile alla bellezza dei buchi neri supermassicci. Superano la massa solare di miliardi di volte. Si ritiene che tali oggetti esistano in quasi tutte le galassie. Gli scienziati non conoscono ancora tutte le complessità del processo di formazione. Molto probabilmente, crescono a causa dell'accumulo di massa proveniente da polvere e gas circostanti.

Potrebbero essere dovuti alla fusione di migliaia di piccoli buchi neri. Oppure un intero ammasso stellare potrebbe collassare.

Buchi neri al centro delle galassie

L'astrofisica Olga Silchenko sulla scoperta di un buco nero supermassiccio nella nebulosa di Andromeda, sulla ricerca di John Kormendy e sui corpi gravitanti oscuri:

La natura delle radiosorgenti cosmiche

L'astrofisico Anatoly Zasov sulla radiazione di sincrotrone, sui buchi neri nei nuclei di galassie distanti e sul gas neutro:

Buchi neri intermedi

Non molto tempo fa, gli scienziati hanno scoperto un nuovo tipo: buchi neri di massa intermedia. Possono formarsi quando le stelle di un ammasso si scontrano, provocando una reazione a catena. Di conseguenza, cadono al centro e formano un buco nero supermassiccio.

Nel 2014, gli astronomi hanno scoperto un tipo intermedio nel braccio di una galassia a spirale. Sono molto difficili da trovare perché possono trovarsi in luoghi imprevedibili.

Microbuchi neri

Il fisico Eduard Boos sulla sicurezza dell'LHC, la nascita di un microbuco nero e il concetto di membrana:

Teoria del buco nero

I buchi neri sono oggetti estremamente massicci, ma si estendono su una quantità di spazio relativamente modesta. Inoltre, hanno un'enorme gravità, che impedisce agli oggetti (e persino alla luce) di lasciare il loro territorio. Tuttavia è impossibile vederli direttamente. I ricercatori devono esaminare la radiazione prodotta quando un buco nero si alimenta.

È interessante notare che accade che la materia diretta verso un buco nero rimbalza sull'orizzonte degli eventi e viene espulsa. In questo caso si formano getti luminosi di materiale che si muovono a velocità relativistiche. Queste emissioni possono essere rilevate su lunghe distanze.

- oggetti sorprendenti in cui la forza di gravità è così enorme da poter piegare la luce, deformare lo spazio e distorcere il tempo.

Nei buchi neri si possono distinguere tre strati: l'orizzonte degli eventi esterno ed interno e la singolarità.

L'orizzonte degli eventi di un buco nero è il confine dove la luce non ha alcuna possibilità di fuoriuscire. Una volta che una particella attraversa questa linea, non sarà più in grado di andarsene. La regione interna in cui si trova la massa di un buco nero è chiamata singolarità.

Se parliamo dalla posizione della meccanica classica, allora nulla può sfuggire a un buco nero. Ma il quantistico apporta la propria correzione. Il fatto è che ogni particella ha un'antiparticella. Hanno le stesse masse, ma cariche diverse. Se si intersecano, possono annientarsi a vicenda.

Quando una tale coppia appare al di fuori dell’orizzonte degli eventi, uno di essi può essere attratto e l’altro può essere respinto. Per questo motivo, l’orizzonte può restringersi e il buco nero può collassare. Gli scienziati stanno ancora cercando di studiare questo meccanismo.

Accrescimento

L'astrofisico Sergei Popov sui buchi neri supermassicci, la formazione dei pianeti e l'accrescimento della materia nell'Universo primordiale:

I buchi neri più famosi

Domande frequenti sui buchi neri

Più capientemente, un buco nero è una certa area dello spazio in cui è concentrata una quantità così grande di massa che nessun singolo oggetto può sfuggire all'influenza gravitazionale. Quando si parla di gravità, ci affidiamo alla teoria generale della relatività proposta da Albert Einstein. Per comprendere i dettagli dell'oggetto in studio ci muoveremo per gradi.

Immaginiamo di essere sulla superficie del pianeta e di lanciare un masso. Se non hai il potere di Hulk, non sarai in grado di esercitare abbastanza forza. Quindi la pietra salirà ad una certa altezza, ma sotto la pressione della gravità ricadrà indietro. Se hai il potenziale nascosto di un uomo forte verde, allora sei in grado di dare all'oggetto un'accelerazione sufficiente, grazie alla quale lascerà completamente la zona di influenza gravitazionale. Questa è chiamata "velocità di fuga".

Se la scomponiamo in una formula, questa velocità dipende dalla massa planetaria. Più è grande, più potente è la presa gravitazionale. La velocità di partenza dipenderà da dove ti trovi esattamente: più sei vicino al centro, più facile sarà uscire. La velocità di partenza del nostro pianeta è di 11,2 km/s, ma è di 2,4 km/s.

Ci stiamo avvicinando alla parte più interessante. Diciamo che hai un oggetto con un'incredibile concentrazione di massa raccolta in un posto minuscolo. In questo caso la velocità di fuga supera la velocità della luce. E sappiamo che nulla si muove più velocemente di questo indicatore, il che significa che nessuno sarà in grado di superare tale forza e fuggire. Nemmeno un raggio di luce può farlo!

Nel XVIII secolo Laplace rifletteva sull’estrema concentrazione di massa. Seguendo la relatività generale, Karl Schwarzschild riuscì a trovare una soluzione matematica all'equazione della teoria per descrivere un oggetto del genere. Ulteriori contributi furono forniti da Oppenheimer, Wolkoff e Snyder (anni '30). Da quel momento in poi la gente cominciò a discutere seriamente di questo argomento. È diventato chiaro: quando una stella massiccia esaurisce il carburante, non è in grado di resistere alla forza di gravità ed è destinata a collassare in un buco nero.

Nella teoria di Einstein, la gravità è una manifestazione della curvatura dello spazio e del tempo. Il fatto è che le solite regole geometriche qui non funzionano e gli oggetti massicci distorcono lo spazio-tempo. Il buco nero ha proprietà bizzarre, quindi la sua distorsione è più chiaramente visibile. Ad esempio, un oggetto ha un “orizzonte degli eventi”. Questa è la superficie della sfera che segna la linea del foro. Cioè, se superi questo limite, non si può tornare indietro.

Letteralmente, questo è il luogo dove la velocità di fuga è uguale alla velocità della luce. Al di fuori di questo luogo, la velocità di fuga è inferiore alla velocità della luce. Ma se il tuo razzo è in grado di accelerare, ci sarà abbastanza energia per fuggire.

L'orizzonte stesso è piuttosto strano in termini di geometria. Se sei lontano, ti sembrerà di guardare una superficie statica. Ma se ti avvicini ti accorgi che si sta muovendo verso l'esterno alla velocità della luce! Ora capisco perché è facile entrare, ma così difficile fuggire. Sì, questo crea molta confusione, perché in realtà l'orizzonte è fermo, ma allo stesso tempo corre alla velocità della luce. È come la situazione di Alice, che doveva correre il più velocemente possibile pur di restare sul posto.

Quando si colpisce l'orizzonte, lo spazio e il tempo subiscono una distorsione così forte che le coordinate iniziano a descrivere i ruoli della distanza radiale e del tempo di commutazione. Cioè, la “r”, che segna la distanza dal centro, diventa temporanea, e la “t” è ora responsabile della “spazialità”. Di conseguenza, non sarai in grado di fermarti con un indice r inferiore, così come non sarai in grado di entrare nel futuro in tempo normale. Arriverai a una singolarità dove r = 0. Puoi lanciare razzi, far funzionare il motore al massimo, ma non puoi scappare.

Il termine "buco nero" è stato coniato da John Archibald Wheeler. Prima di ciò, venivano chiamate “stelle raffreddate”.

Il fisico Emil Akhmedov sullo studio dei buchi neri, Karl Schwarzschild e i buchi neri giganti:

Esistono due modi per calcolare quanto è grande qualcosa. Puoi nominare la massa o quanto è grande l'area occupata. Se prendiamo il primo criterio, non esiste un limite specifico alla massa di un buco nero. È possibile utilizzare qualsiasi quantità purché sia ​​possibile comprimerla alla densità richiesta.

La maggior parte di queste formazioni sono apparse dopo la morte di stelle massicce, quindi ci si aspetterebbe che il loro peso fosse equivalente. La massa tipica di un simile buco sarebbe 10 volte quella del Sole: 10 31 kg. Inoltre, ogni galassia deve ospitare un buco nero supermassiccio centrale, la cui massa supera quella solare un milione di volte: 10 36 kg.

Quanto più massiccio è l'oggetto, maggiore è la massa che ricopre. Il raggio e la massa dell'orizzonte sono direttamente proporzionali, cioè se un buco nero pesa 10 volte di più di un altro, allora il suo raggio è 10 volte più grande. Il raggio di un buco con massa solare è di 3 km e, se è un milione di volte più grande, allora 3 milioni di km. Sembrano cose incredibilmente enormi. Ma non dimentichiamo che questi sono concetti standard per l'astronomia. Il raggio solare raggiunge i 700.000 km, e quello di un buco nero è 4 volte maggiore.

Diciamo che sei sfortunato e la tua nave si sta muovendo inesorabilmente verso un buco nero supermassiccio. Non ha senso litigare. Basta semplicemente spegnere i motori e dirigersi verso l'inevitabile. Cosa aspettarsi?

Cominciamo con l'assenza di gravità. Sei in caduta libera, quindi l'equipaggio, la nave e tutte le parti sono senza peso. Quanto più ci si avvicina al centro del buco, tanto più forti si avvertono le forze gravitazionali delle maree. Ad esempio, i tuoi piedi sono più vicini al centro della tua testa. Poi inizi a sentirti come se fossi allungato. Di conseguenza, verrai semplicemente fatto a pezzi.

Queste forze sono impercettibili finché non si arriva entro 600.000 km dal centro. Questo è già oltre l'orizzonte. Ma stiamo parlando di un oggetto enorme. Se cadi in un buco con la massa del sole, le forze di marea ti inghiottirebbero a 6000 km dal centro e ti farebbero a pezzi prima che tu raggiunga l'orizzonte (ecco perché ti mandiamo a quello grande in modo che tu possa già morire all'interno del foro e non in avvicinamento).

Cosa c'è dentro? Non voglio deludere, ma niente di eccezionale. Alcuni oggetti potrebbero avere un aspetto distorto e nient'altro fuori dall'ordinario. Anche dopo aver attraversato l'orizzonte, vedrai le cose intorno a te mentre si muovono con te.

Quanto tempo richiederà tutto questo? Tutto dipende dalla tua distanza. Ad esempio, sei partito da un punto di riposo in cui la singolarità è 10 volte il raggio del foro. Ci vorranno solo 8 minuti per avvicinarsi all'orizzonte, e poi altri 7 secondi per entrare nella singolarità. Se cadi in un piccolo buco nero, tutto accadrà più velocemente.

Non appena attraversi l'orizzonte, puoi sparare razzi, urlare e piangere. Hai 7 secondi per fare tutto questo finché non entri nella singolarità. Ma niente ti salverà. Quindi goditi il ​​viaggio.

Diciamo che sei condannato e cadi in un buco, e il tuo ragazzo guarda da lontano. Ebbene, vedrà le cose in modo diverso. Noterai che rallenti man mano che ti avvicini all'orizzonte. Ma anche se una persona siede per cento anni, non aspetterà di raggiungere l'orizzonte.

Proviamo a spiegare. Il buco nero potrebbe essere emerso da una stella che collassa. Dato che il materiale è distrutto, Kirill (che sia tuo amico) lo vede diminuire, ma non si accorgerà mai che si avvicina all'orizzonte. Ecco perché furono chiamate "stelle congelate" perché sembrano congelarsi entro un certo raggio.

Qual è il problema? Chiamiamola illusione ottica. Non è necessario che l’infinito formi un buco, così come non è necessario oltrepassare l’orizzonte. Man mano che ti avvicini, la luce impiega più tempo per raggiungere Kirill. Più precisamente, la radiazione in tempo reale della tua transizione verrà registrata all'orizzonte per sempre. Hai superato da tempo il limite e Kirill sta ancora osservando il segnale luminoso.

Oppure puoi avvicinarti dall'altra parte. Il tempo si trascina più a lungo vicino all'orizzonte. Ad esempio, hai una nave super potente. Sei riuscito ad avvicinarti all'orizzonte, a rimanere lì per un paio di minuti e ad uscire vivo da Kirill. Chi vedrai? Vecchio! Dopotutto, il tempo è passato molto più lentamente per te.

Cosa c'è di vero allora? Illusione o gioco del tempo? Tutto dipende dal sistema di coordinate utilizzato per descrivere il buco nero. Se ti affidi alle coordinate di Schwarzschild, quando attraversi l'orizzonte, la coordinata temporale (t) è equiparata all'infinito. Ma i parametri del sistema forniscono una visione offuscata di ciò che sta accadendo vicino all’oggetto stesso. Sulla linea dell'orizzonte, tutte le coordinate sono distorte (singolarità). Ma puoi utilizzare entrambi i sistemi di coordinate, quindi le due risposte sono valide.

In realtà, diventerai semplicemente invisibile e Kirill smetterà di vederti prima che sia passato molto tempo. Non dimenticare il redshift. Tu emetti luce osservabile a una certa lunghezza d'onda, ma Kirill la vedrà a una lunghezza d'onda più lunga. Le onde si allungano man mano che si avvicinano all'orizzonte. Inoltre, non dimenticare che la radiazione si verifica in alcuni fotoni.

Ad esempio, al momento della transizione invierai l'ultimo fotone. Raggiungerà Kirill in un tempo determinato (circa un'ora per un buco nero supermassiccio).

Ovviamente no. Non dimenticare l'esistenza dell'orizzonte degli eventi. Questa è l'unica zona da cui non puoi uscire. Basta non avvicinarsi a lei e sentirsi calmi. Inoltre, da una distanza di sicurezza questo oggetto ti sembrerà molto ordinario.

Il paradosso dell'informazione di Hawking

Il fisico Emil Akhmedov sull'effetto della gravità sulle onde elettromagnetiche, il paradosso dell'informazione dei buchi neri e il principio di prevedibilità nella scienza:

Niente panico, perché il Sole non si trasformerà mai in un oggetto del genere perché semplicemente non ha massa sufficiente. Inoltre manterrà l’aspetto attuale per altri 5 miliardi di anni. Quindi passerà allo stadio di gigante rossa, assorbendo Mercurio, Venere e friggendo completamente il nostro pianeta, per poi diventare una normale nana bianca.

Ma lasciamoci andare alla fantasia. Quindi il Sole è diventato un buco nero. Per cominciare, saremo immediatamente avvolti dall'oscurità e dal freddo. La Terra e gli altri pianeti non verranno risucchiati nel buco. Continueranno a orbitare attorno al nuovo oggetto in orbite normali. Perché? Perché l'orizzonte raggiungerà solo 3 km e la gravità non potrà farci nulla.

SÌ. Naturalmente non possiamo affidarci all’osservazione visibile, poiché la luce non può sfuggire. Ma ci sono prove circostanziali. Ad esempio, vedi un'area che potrebbe contenere un buco nero. Come posso verificarlo? Inizia misurando la massa. Se è chiaro che in un'area ce n'è troppa o è apparentemente invisibile, allora sei sulla strada giusta. Esistono due punti di ricerca: il centro galattico e i sistemi binari con radiazione a raggi X.

Pertanto, sono stati trovati massicci oggetti centrali in 8 galassie, la cui massa nucleare varia da un milione a un miliardo di quella solare. La massa viene calcolata osservando la velocità di rotazione delle stelle e del gas attorno al centro. Più veloci, maggiore deve essere la massa per mantenerli in orbita.

Questi oggetti massicci sono considerati buchi neri per due motivi. Bene, semplicemente non ci sono più opzioni. Non c'è niente di più massiccio, di più scuro e di più compatto. Inoltre, esiste una teoria secondo cui tutte le galassie attive e grandi hanno un simile mostro nascosto al centro. Ma ancora questa non è una prova al 100%.

Ma due recenti scoperte parlano a favore della teoria. Nella galassia attiva più vicina è stato notato un sistema “maser ad acqua” (una potente fonte di radiazioni a microonde) vicino al nucleo. Utilizzando un interferometro, gli scienziati hanno mappato la distribuzione delle velocità del gas. Cioè, hanno misurato la velocità entro mezzo anno luce nel centro galattico. Questo li ha aiutati a capire che all'interno c'era un oggetto enorme, il cui raggio raggiungeva mezzo anno luce.

La seconda scoperta è ancora più convincente. I ricercatori che utilizzano i raggi X si sono imbattuti in una linea spettrale del nucleo galattico, che indica la presenza di atomi nelle vicinanze, la cui velocità è incredibilmente elevata (1/3 della velocità della luce). Inoltre, l’emissione corrispondeva ad uno spostamento verso il rosso che corrisponde all’orizzonte del buco nero.

Un'altra classe può essere trovata nella Via Lattea. Si tratta di buchi neri stellari che si formano dopo l'esplosione di una supernova. Se esistessero separatamente, anche da vicino difficilmente li noteremmo. Ma siamo fortunati, perché la maggior parte esiste in sistemi duali. Sono facili da trovare, poiché il buco nero attirerà la massa del suo vicino e lo influenzerà con la gravità. Il materiale “estratto” forma un disco di accrescimento, in cui tutto si riscalda e quindi crea una forte radiazione.

Supponiamo che tu sia riuscito a trovare un sistema binario. Come fai a capire che un oggetto compatto è un buco nero? Ancora una volta ci rivolgiamo alle masse. Per fare ciò, misurare la velocità orbitale di una stella vicina. Se la massa è incredibilmente enorme con dimensioni così piccole, non rimangono più opzioni.

Questo è un meccanismo complesso. Stephen Hawking sollevò un argomento simile negli anni ’70. Ha detto che i buchi neri non sono realmente “neri”. Ci sono effetti quantomeccanici che gli fanno creare radiazioni. A poco a poco il buco comincia a restringersi. La velocità della radiazione aumenta al diminuire della massa, quindi il foro ne emette sempre di più e accelera il processo di contrazione fino a dissolversi.

Tuttavia, questo è solo uno schema teorico, perché nessuno può dire esattamente cosa succede nell'ultima fase. Alcuni pensano che ne resti una traccia piccola ma stabile. Le teorie moderne non hanno ancora trovato niente di meglio. Ma il processo in sé è incredibile e complesso. È necessario calcolare i parametri nello spazio-tempo curvo e i risultati stessi non possono essere verificati in condizioni normali.

La Legge di Conservazione dell'Energia può essere utilizzata qui, ma solo per brevi periodi. L’universo può creare energia e massa da zero, ma queste devono scomparire rapidamente. Una delle manifestazioni sono le fluttuazioni del vuoto. Coppie di particelle e antiparticelle crescono dal nulla, esistono per un breve periodo di tempo e muoiono distruggendosi reciprocamente. Quando compaiono, l'equilibrio energetico viene interrotto, ma tutto viene ripristinato dopo la scomparsa. Sembra fantastico, ma questo meccanismo è stato confermato sperimentalmente.

Diciamo che una delle fluttuazioni del vuoto agisce vicino all'orizzonte di un buco nero. Forse una delle particelle cade e la seconda scappa. Colui che fugge porta con sé parte dell'energia del buco e può cadere negli occhi dell'osservatore. Gli sembrerà che un oggetto oscuro abbia semplicemente rilasciato una particella. Ma il processo si ripete e vediamo un flusso continuo di radiazione proveniente dal buco nero.

Abbiamo già detto che Kirill ha la sensazione che ci sia bisogno dell'infinito per oltrepassare la linea dell'orizzonte. Inoltre, è stato menzionato che i buchi neri evaporano dopo un periodo di tempo finito. Quindi, quando raggiungerai l'orizzonte, il buco scomparirà?

NO. Quando abbiamo descritto le osservazioni di Kirill, non abbiamo parlato del processo di evaporazione. Ma se questo processo è presente, allora tutto cambia. Il tuo amico ti vedrà volare oltre l'orizzonte nel momento esatto dell'evaporazione. Perché?

Un'illusione ottica domina Kirill. La luce emessa nell'orizzonte degli eventi impiega molto tempo per raggiungere il suo amico. Se il buco dura per sempre, la luce potrà viaggiare indefinitamente e Kirill non aspetterà la transizione. Ma se il buco è evaporato, nulla fermerà la luce e arriverà al ragazzo al momento dell'esplosione delle radiazioni. Ma a te non importa più, perché sei morto nella singolarità molto tempo fa.

Le formule della teoria generale della relatività hanno una caratteristica interessante: la simmetria nel tempo. Ad esempio, in qualsiasi equazione puoi immaginare che il tempo scorra all'indietro e ottenere una soluzione diversa, ma comunque corretta. Se applichiamo questo principio ai buchi neri, allora nasce un buco bianco.

Un buco nero è un'area delimitata dalla quale nulla può sfuggire. Ma la seconda opzione è un buco bianco nel quale non può cadere nulla. In effetti, allontana tutto. Sebbene da un punto di vista matematico tutto sembri liscio, ciò non prova la loro esistenza in natura. Molto probabilmente non ce ne sono e non c'è modo di scoprirlo.

Fino a questo punto abbiamo parlato dei classici dei buchi neri. Non ruotano e non hanno carica elettrica. Ma nella versione opposta inizia la cosa più interessante. Ad esempio, puoi entrare ma evitare la singolarità. Inoltre, il suo “interno” è in grado di contattare un buco bianco. Ti ritroverai cioè in una specie di tunnel, dove il buco nero è l'ingresso e il buco bianco è l'uscita. Questa combinazione è chiamata wormhole.

È interessante notare che un buco bianco può trovarsi ovunque, anche in un altro universo. Se sappiamo come controllare tali wormhole, forniremo un trasporto rapido in qualsiasi area dello spazio. E ancora più interessante è la possibilità di viaggiare nel tempo.

Ma non preparare lo zaino finché non sai alcune cose. Sfortunatamente, c'è un'alta probabilità che tali formazioni non esistano. Abbiamo già detto che i buchi bianchi sono una conclusione di formule matematiche e non un oggetto reale e confermato. E tutti i buchi neri osservati creano materia che cade e non formano wormhole. E la tappa finale è la singolarità.

Il concetto di buco nero è noto a tutti, dagli scolari agli anziani, è utilizzato nella letteratura scientifica e narrativa, nei media gialli e nelle conferenze scientifiche; Ma cosa siano esattamente questi buchi non è noto a tutti.

Dalla storia dei buchi neri

1783 La prima ipotesi sull'esistenza di un fenomeno come un buco nero fu avanzata nel 1783 dallo scienziato inglese John Michell. Nella sua teoria, ha combinato due delle creazioni di Newton: ottica e meccanica. L'idea di Michell era questa: se la luce è un flusso di minuscole particelle, allora, come tutti gli altri corpi, le particelle dovrebbero sperimentare l'attrazione di un campo gravitazionale. Si scopre che quanto più massiccia è la stella, tanto più difficile è per la luce resistere alla sua attrazione. 13 anni dopo Michell, l'astronomo e matematico francese Laplace avanzò (molto probabilmente indipendentemente dal suo collega britannico) una teoria simile.

1915 Tuttavia, tutte le loro opere rimasero non reclamate fino all'inizio del XX secolo. Nel 1915, Albert Einstein pubblicò la Teoria della Relatività Generale e dimostrò che la gravità è la curvatura dello spaziotempo causata dalla materia, e pochi mesi dopo, l'astronomo e fisico teorico tedesco Karl Schwarzschild la usò per risolvere uno specifico problema astronomico. Ha esplorato la struttura dello spazio-tempo curvo attorno al Sole e ha riscoperto il fenomeno dei buchi neri.

(John Wheeler ha coniato il termine “Buchi Neri”)

1967 Il fisico americano John Wheeler delineò uno spazio che può essere accartocciato, come un pezzo di carta, in un punto infinitesimale e lo denominò con il termine “Buco Nero”.

1974 Il fisico britannico Stephen Hawking ha dimostrato che i buchi neri, sebbene assorbano materia senza restituirla, possono emettere radiazioni e alla fine evaporare. Questo fenomeno è chiamato “radiazione di Hawking”.

Il nostro tempo. Le ultime ricerche su pulsar e quasar, nonché la scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde, hanno finalmente permesso di descrivere il concetto stesso di buchi neri. Nel 2013, la nube di gas G2 si è avvicinata molto al buco nero e molto probabilmente ne verrà inghiottita; osservare questo processo unico offrirà enormi opportunità per nuove scoperte sulle caratteristiche dei buchi neri.

Cosa sono realmente i buchi neri

Una spiegazione laconica del fenomeno è questa. Un buco nero è una regione dello spazio-tempo la cui attrazione gravitazionale è così forte che nessun oggetto, compresi i quanti di luce, può lasciarla.

Il buco nero una volta era una stella massiccia. Finché le reazioni termonucleari mantengono alta la pressione nelle sue profondità, tutto rimane normale. Ma col passare del tempo, la riserva energetica si esaurisce e il corpo celeste, sotto l'influenza della propria gravità, inizia a ridursi. La fase finale di questo processo è il collasso del nucleo stellare e la formazione di un buco nero.

• 1. Un buco nero espelle un getto ad alta velocità


• 2. Un disco di materia si trasforma in un buco nero


• 3. Buco nero


• 4. Diagramma dettagliato della regione del buco nero


• 5. Dimensione delle nuove osservazioni trovate

La teoria più comune è che fenomeni simili esistano in ogni galassia, compreso il centro della nostra Via Lattea. L'enorme forza gravitazionale del buco è in grado di trattenere attorno a sé diverse galassie, impedendo loro di allontanarsi l'una dall'altra. L '"area di copertura" può essere diversa, tutto dipende dalla massa della stella che si è trasformata in un buco nero e può essere di migliaia di anni luce.

Raggio di Schwarzschild

La proprietà principale di un buco nero è che qualsiasi sostanza che cade al suo interno non può mai ritornare. Lo stesso vale per la luce. Fondamentalmente, i buchi sono corpi che assorbono completamente tutta la luce che cade su di essi e non emettono nulla di propria. Tali oggetti possono apparire visivamente come grumi di oscurità assoluta.

• 1. Muovere la materia alla metà della velocità della luce


• 2. Anello fotonico


• 3. Anello fotonico interno


• 4. Orizzonte degli eventi in un buco nero

Secondo la Teoria della Relatività Generale di Einstein, se un corpo si avvicina ad una distanza critica dal centro del buco, non sarà più in grado di ritornare. Questa distanza è chiamata raggio di Schwarzschild. Ciò che accade esattamente all'interno di questo raggio non è noto con certezza, ma esiste la teoria più comune. Si ritiene che tutta la materia di un buco nero sia concentrata in un punto infinitesimale, e al suo centro si trova un oggetto con densità infinita, che gli scienziati chiamano perturbazione singolare.

Come avviene la caduta in un buco nero?

(Nella foto, il buco nero Sagittarius A* appare come un ammasso di luce estremamente brillante)

Non molto tempo fa, nel 2011, gli scienziati hanno scoperto una nube di gas, dandole il semplice nome G2, che emette una luce insolita. Questo bagliore potrebbe essere dovuto all’attrito nel gas e nella polvere causato dal buco nero Sagittarius A*, che orbita attorno ad esso come un disco di accrescimento. Diventiamo così osservatori dello straordinario fenomeno dell'assorbimento di una nube di gas da parte di un buco nero supermassiccio.

Secondo studi recenti, l’avvicinamento più ravvicinato al buco nero avverrà nel marzo 2014. Possiamo ricreare un'immagine di come si svolgerà questo emozionante spettacolo.

• 1. Quando appare per la prima volta nei dati, una nuvola di gas assomiglia a un'enorme palla di gas e polvere.


• 2. Ora, a giugno 2013, la nuvola si trova a decine di miliardi di chilometri dal buco nero. Vi cade ad una velocità di 2500 km/s.


• 3. Si prevede che la nube passi accanto al buco nero, ma le forze di marea causate dalla differenza di gravità che agisce sui bordi anteriore e posteriore della nube le faranno assumere una forma sempre più allungata.


• 4. Dopo che la nube si è divisa, la maggior parte di essa molto probabilmente confluirà nel disco di accrescimento attorno a Sagittario A*, generando onde d'urto al suo interno. La temperatura salirà a diversi milioni di gradi.


• 5. Parte della nuvola cadrà direttamente nel buco nero. Nessuno sa esattamente cosa accadrà dopo a questa sostanza, ma si prevede che mentre cade emetterà potenti flussi di raggi X e nessuno la vedrà più.

Video: il buco nero inghiotte una nuvola di gas

(Simulazione al computer di quanta parte della nube di gas G2 verrebbe distrutta e consumata dal buco nero Sagittarius A*)

Cosa c'è dentro un buco nero?

Esiste una teoria secondo cui il buco nero è praticamente vuoto all'interno e tutta la sua massa è concentrata in un punto incredibilmente piccolo situato proprio al centro: la singolarità.

Secondo un'altra teoria, che esiste da mezzo secolo, tutto ciò che cade in un buco nero passa in un altro universo situato nel buco nero stesso. Ora questa teoria non è quella principale.

Esiste poi una terza teoria, la più moderna e tenace, secondo la quale tutto ciò che cade in un buco nero si dissolve nelle vibrazioni delle corde sulla sua superficie, designata come orizzonte degli eventi.

Allora, cos’è un orizzonte degli eventi? È impossibile guardare all'interno di un buco nero anche con un telescopio super potente, poiché anche la luce, entrando nel gigantesco imbuto cosmico, non ha alcuna possibilità di riemergere. Tutto ciò che può essere almeno in qualche modo considerato si trova nelle sue immediate vicinanze.

L'orizzonte degli eventi è una linea di superficie convenzionale da cui nulla (né gas, né polvere, né stelle, né luce) può sfuggire. E questo è il punto di non ritorno davvero misterioso nei buchi neri dell'Universo.

I buchi neri sono gli unici corpi cosmici in grado di attrarre la luce per gravità. Sono anche gli oggetti più grandi dell'Universo. È improbabile che sapremo cosa accadrà vicino al loro orizzonte degli eventi (noto come “punto di non ritorno”) in tempi brevi. Questi sono i luoghi più misteriosi del nostro mondo, di cui, nonostante decenni di ricerche, si sa ancora molto poco. Questo articolo contiene 10 fatti che possono essere definiti i più intriganti.

I buchi neri non risucchiano la materia dentro di sé

Molte persone immaginano un buco nero come una sorta di “aspirapolvere spaziale”, che attira lo spazio circostante. In effetti, i buchi neri sono normali oggetti spaziali che hanno un campo gravitazionale eccezionalmente forte.

Se al posto del Sole si formasse un buco nero delle stesse dimensioni, la Terra non verrebbe attirata dentro, ma ruoterebbe sulla stessa orbita di oggi. Le stelle situate accanto ai buchi neri perdono parte della loro massa sotto forma di vento stellare (questo accade durante l'esistenza di qualsiasi stella) e i buchi neri assorbono solo questa materia.

L'esistenza dei buchi neri fu prevista da Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild fu il primo a utilizzare la teoria della relatività generale di Einstein per dimostrare l'esistenza di un "punto di non ritorno". Lo stesso Einstein non pensava ai buchi neri, sebbene la sua teoria ne predice l'esistenza.

Schwarzschild fece la sua proposta nel 1915, subito dopo che Einstein pubblicò la sua teoria generale della relatività. Fu allora che nacque il termine "raggio di Schwarzschild": questo è un valore che mostra quanto dovresti comprimere un oggetto affinché diventi un buco nero.

In teoria, qualsiasi cosa può diventare un buco nero se sufficientemente compressa. Più denso è l'oggetto, più forte è il campo gravitazionale che crea. Ad esempio, la Terra diventerebbe un buco nero se avesse la massa di un oggetto delle dimensioni di una nocciolina.

I buchi neri possono dare vita a nuovi universi

L'idea che i buchi neri possano dare vita a nuovi universi sembra assurda (soprattutto perché non siamo ancora sicuri dell'esistenza di altri universi). Tuttavia, tali teorie vengono sviluppate attivamente dagli scienziati.

Una versione molto semplificata di una di queste teorie è la seguente. Il nostro mondo ha condizioni estremamente favorevoli per l'emergere della vita in esso. Se qualcuna delle costanti fisiche cambiasse anche solo di poco, non saremmo in questo mondo. La singolarità dei buchi neri prevale sulle normali leggi della fisica e potrebbe (almeno in teoria) dare origine a un nuovo universo che sarà diverso dal nostro.

I buchi neri possono trasformare te (e qualsiasi altra cosa) in spaghetti

I buchi neri allungano gli oggetti che si trovano vicino a loro. Questi oggetti iniziano ad assomigliare agli spaghetti (esiste persino un termine speciale: "spaghettificazione").

Ciò accade a causa del modo in cui funziona la gravità. Al momento, le tue gambe sono più vicine al centro della Terra rispetto alla tua testa, quindi sono attratte più fortemente. Sulla superficie di un buco nero, la differenza di gravità inizia a lavorare contro di te. Le gambe sono attratte sempre più velocemente dal centro del buco nero, tanto che la metà superiore del corpo non riesce a starle dietro. Risultato: spaghettificazione!

I buchi neri evaporano nel tempo

I buchi neri non solo assorbono il vento stellare, ma evaporano anche. Questo fenomeno fu scoperto nel 1974 e fu chiamato radiazione di Hawking (dal nome di Stephen Hawking, che fece la scoperta).

Nel corso del tempo, il buco nero può rilasciare tutta la sua massa nello spazio circostante insieme a questa radiazione e scomparire.

I buchi neri rallentano il tempo vicino a loro

Avvicinandosi all’orizzonte degli eventi, il tempo rallenta. Per capire perché ciò accade, dobbiamo considerare il “paradosso dei gemelli”, un esperimento mentale spesso utilizzato per illustrare i principi di base della teoria della relatività generale di Einstein.

Uno dei fratelli gemelli rimane sulla Terra e il secondo vola via per un viaggio nello spazio, muovendosi alla velocità della luce. Ritornando sulla Terra, il gemello scopre che suo fratello è invecchiato più di lui perché il tempo scorre più lentamente quando viaggia vicino alla velocità della luce.

Quando ti avvicini all'orizzonte degli eventi di un buco nero, ti muoverai a una velocità così elevata che il tempo rallenterà per te.

I buchi neri sono i sistemi energetici più avanzati

I buchi neri generano energia meglio del Sole e di altre stelle. Ciò è dovuto alla materia che orbita intorno a loro. Attraversando l'orizzonte degli eventi a velocità enorme, la materia nell'orbita di un buco nero si riscalda fino a raggiungere temperature estremamente elevate. Questa è chiamata radiazione del corpo nero.

Per fare un confronto, la fusione nucleare converte lo 0,7% della materia in energia. Vicino ad un buco nero, il 10% della materia diventa energia!

I buchi neri piegano lo spazio attorno a loro

Lo spazio può essere pensato come una lastra di gomma allungata su cui sono disegnate delle linee. Se metti un oggetto sul disco, cambierà la sua forma. I buchi neri funzionano allo stesso modo. La loro massa estrema attrae tutto, compresa la luce (i cui raggi, per continuare l'analogia, potrebbero essere chiamati linee su un piatto).

I buchi neri limitano il numero di stelle nell’Universo

Le stelle nascono da nubi di gas. Perché la formazione stellare abbia inizio, la nube deve raffreddarsi.

La radiazione dei corpi neri impedisce il raffreddamento delle nubi di gas e la comparsa delle stelle.

In teoria, qualsiasi oggetto può diventare un buco nero

L'unica differenza tra il nostro Sole e un buco nero è la forza di gravità. Al centro di un buco nero è molto più forte che al centro di una stella. Se il nostro Sole fosse compresso fino a raggiungere un diametro di circa cinque chilometri, potrebbe essere un buco nero.

In teoria, qualsiasi cosa può diventare un buco nero. In pratica, sappiamo che i buchi neri nascono solo a seguito del collasso di enormi stelle che superano di 20-30 volte la massa del Sole.