Con il loro stesso nome, i buchi neri trasudano mistero. Sono inosservabili, incontrollabili e - per più di 50 anni dopo la loro prima previsione nel 1916 - da scoprire. Da allora gli astronomi hanno trovato prove di buchi neri nel nostro universo, incluso uno supermassiccio al centro della nostra Via Lattea. Eppure molto rimane sconosciuto su questi enigmi cosmici, incluso ciò che accade esattamente alle cose che succhiano con la loro titanica gravità.
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Cinquant'anni fa, il fisico John Wheeler ha contribuito a rendere popolare il termine "buco nero" come descrizione dei resti crollati di stelle supermassicci. Secondo Wheeler, che ha coniato e diffuso molti altri termini famosi di astronomia come "wormhole", il suggerimento è venuto da un membro del pubblico in una conferenza di astronomia in cui stava parlando, dopo aver usato ripetutamente la frase "oggetti collassati gravitazionalmente per descrivere il cosmo giganti.
"Bene, dopo che ho usato quella frase quattro o cinque volte, qualcuno tra il pubblico ha detto:" Perché non lo chiami un buco nero ". Così l'ho adottato ", ha detto Wheeler alla scrittrice scientifica Marcia Bartusiak.
Wheeler stava dando un nome a un'idea esplorata per la prima volta da Albert Einstein 50 anni prima, nella sua influente teoria della relatività generale. La teoria di Einstein ha mostrato che la gravità è il risultato della distorsione dello spazio e del tempo da parte della massa degli oggetti. Mentre Einstein stesso ha resistito riconoscendo sempre la possibilità di buchi neri, altri fisici hanno usato le sue basi per dare corpo ai mostri galattici. Il fisico J. Robert Oppenheimer, di fama di bomba atomica, soprannominò questi corpi "stelle congelate" in riferimento a una caratteristica chiave delineata dal fisico Karl Schwarzschild poco dopo che Einstein pubblicò la sua teoria.
Quella caratteristica era "l'orizzonte degli eventi": la linea che circonda un buco nero in cui diventa impossibile sfuggire. Un tale orizzonte esiste perché, a una certa distanza, la velocità richiesta a qualsiasi atomo per staccarsi dalla gravità del buco nero diventa superiore alla velocità della luce, il limite di velocità dell'universo. Dopo aver attraversato l'orizzonte degli eventi, si pensa, tutta la materia che ti comprende viene distrutta violentemente da intense forze gravitazionali e infine schiacciata nel punto di densità infinita al centro del buco nero, che si chiama singolarità. Non è esattamente un modo piacevole di andare.
Questa spiegazione dettagliata della morte attraverso il buco nero, tuttavia, è teorica. L'intensa gravità dei buchi neri distorce il passare del tempo così tanto che agli osservatori fuori dal buco nero, gli oggetti che cadono in uno sembrano rallentare e "congelare" vicino all'orizzonte degli eventi, prima di svanire. (Il che sembra molto più bello.)
In altre parole, nonostante l'importanza di questo orizzonte degli eventi, gli scienziati non hanno mai dimostrato direttamente la sua esistenza. E a causa della difficoltà di trovare persino buchi neri (poiché la luce non può sfuggire a loro, sono invisibili alla maggior parte dei telescopi), tanto meno osservandoli, non ci sono state molte possibilità di provare. In assenza di prove convincenti, alcuni astrofisici hanno teorizzato che alcuni degli oggetti che chiamiamo buchi neri potrebbero essere drammaticamente diversi da ciò in cui siamo arrivati a credere, senza singolarità e senza orizzonte degli eventi. Invece, potrebbero essere oggetti freddi, scuri, densi con superfici dure.
Questo scetticismo sul buco nero iniziò ad attirare il proprio scetticismo, tuttavia, quando i telescopi alla fine catturarono i buchi neri nell'atto di qualcosa di straordinario. Negli ultimi sette anni, "la gente ha iniziato a vedere le stelle cadere nei buchi neri", afferma Pawan Kumar, un astrofisico dell'Università del Texas ad Austin, dove per inciso Wheeler ha insegnato fisica teorica per un decennio. "Queste sono cose molto brillanti che possono essere viste da miliardi di anni luce di distanza".
Da allora sono state osservate più di queste deglutizioni di stelle luminose e relativamente rapide. L'anno scorso Kumar ha deciso che queste emissioni luminose sarebbero state un buon test per provare l'esistenza dell'orizzonte degli eventi. "La maggior parte delle persone nella comunità ha ritenuto che non esistesse una superficie dura", afferma Kumar. Tuttavia, sottolinea, "nella scienza, bisogna stare attenti. Hai bisogno di prove".
Quindi, nel 2016, Kumar e il suo collaboratore Ramesh Narayan, del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, hanno lavorato per calcolare il tipo di effetti che ti aspetteresti di vedere se una stella che viene ingoiata da un buco nero si scontrasse davvero con una superficie dura. Sarebbe simile a spaccare un oggetto contro una roccia, dice Kumar, creando un'intensa energia cinetica che sarebbe emessa come calore e luce per mesi o addirittura anni.
Tuttavia, una scansione dei dati del telescopio per tre anni e mezzo non ha rilevato che nessuna delle firme luminose che lui e Narayan calcolavano sarebbero state rilasciate se le stelle avessero colpito un buco nero dalla superficie dura. Sulla base della probabilità, i ricercatori avevano previsto che avrebbero dovuto trovare almeno 10 esempi in quel periodo di tempo.
Kumar chiama questa ricerca, pubblicata quest'anno sulla rivista Monthly Avvisi della Royal Astronomical Society, un "passo di buone dimensioni" per dimostrare l'esistenza dell'orizzonte degli eventi. Ma non è ancora del tutto una prova. Un buco nero dalla superficie dura potrebbe teoricamente esistere ancora nei calcoli del suo studio. Ma il raggio di quella superficie dovrebbe trovarsi a circa un millimetro dal raggio di Schwarzschild del buco nero, o il punto in cui la velocità necessaria per sfuggire alla gravità sarebbe uguale alla velocità della luce. (Nota che il raggio di Schwarzschild non è sempre uguale all'orizzonte degli eventi, poiché anche altri oggetti stellari hanno gravità).
"I limiti che questo documento pone sul raggio di una possibile superficie solida - 4 millesimi di percento al di fuori del raggio di Schwarzschild per un oggetto compatto supermassiccio - è impressionante", afferma Bernard Kelly, un astrofisico della NASA che non era coinvolto in questa ricerca.
Kumar ha già avviato una ricerca per restringere ulteriormente questo limite, al punto che sarebbe quasi certo che non potrebbero esistere buchi neri sulla superficie dura. Ciò, per lui, sarebbe una prova affidabile che i buchi neri tradizionali sono l'unico tipo di buchi neri che occupano il nostro universo. "Se è completato, a mio avviso praticamente chiuderà il campo", dice Kumar. "Avremo prove certe che la teoria di Einstein è giusta."
