Il più grande mito sui buchi neri
tanta massa in un volume così piccolo che esiste un orizzonte degli eventi: una regione dall’interno della quale nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Eppure questo non significa necessariamente che i buchi neri succhiano la materia; semplicemente gravitano. J. Wise/Georgia Institute of Technology e J. Regan/Dublin City University
I buchi neri sono alcuni degli oggetti più strani e meravigliosi di tutto l’Universo. Con enormi quantità di massa concentrate in un volume estremamente piccolo, inevitabilmente collassano fino a singolarità, circondati da orizzonti di eventi da cui nulla può sfuggire. Questi sono gli oggetti più densi dell’intero Universo. Ogni volta che qualcosa si avvicina troppo a uno, le forze del buco nero lo faranno a pezzi; quando qualsiasi materia, antimateria o radiazione attraversa l’orizzonte degli eventi, cade semplicemente verso la singolarità centrale, facendo crescere il buco nero e aggiungendo alla sua massa.
Queste proprietà sui buchi neri sono tutte vere. Ma c’è un’idea associata che è finzione assoluta: i buchi neri succhiano la materia circostante in loro. Questo non potrebbe essere più lontano dalla verità, e travisa completamente come funziona la gravità. Il più grande mito sui buchi neri è che fanno schifo. Ecco la verità scientifica.
avere un orizzonte degli eventi da cui nulla può sfuggire,e per cannibalizzare i suoi vicini. Ma non c’è alcun’ succhiare ‘ in corso a causarlo, semplicemente la rottura della materia e un infall occasionale di materiale. I nostri servizi sono a vostra disposizione per ogni esigenza.: NASA / CXC / M. Weiss
Sia in linea di principio che in pratica, ci sono molti modi diversi per formare un buco nero. Si può avere una grande, massiccia stella go supernova, dove il nucleo centrale implode e forma un buco nero. Puoi assistere alla fusione di due stelle di neutroni, dove se attraversano una soglia di massa specifica si tradurranno in un buco nero appena formato. Oppure potresti avere una grande collezione di materia — una stella supermassiccia o una massiccia nube di gas contraente — crollare direttamente in un buco nero.
Con una massa sufficiente in un volume di spazio abbastanza concentrato, si formerà un orizzonte degli eventi attorno ad esso. Dall’esterno dell’orizzonte degli eventi, puoi ancora scappare se ti allontani dal buco nero alla velocità della luce. Eppure, se ti trovassi all’interno dell’orizzonte degli eventi, anche muovendoti a c, il limite di velocità cosmico ultimo, qualsiasi percorso che potresti prendere ti porterebbe ancora verso la singolarità centrale. Non c’è scampo dall’orizzonte degli eventi di un buco nero.
tutto all’interno dell’orizzonte degli eventi si riduce a una singolarità che è, al massimo, unidimensionale. Nessuna struttura tridimensionale può sopravvivere intatta. Chiedi al Dipartimento di fisica di Van / UIUC
Per oggetti al di fuori del buco nero, tuttavia, ci sono ancora molti problemi. Poiché i buchi neri sono oggetti così massicci, quando ci si avvicina a uno, si inizia a sperimentare forze di marea significative. Si potrebbe essere più familiarità con le forze di marea dalla Luna e come interagisce con la Terra.
Certo, in media, puoi trattare la Luna come una massa puntiforme e la Terra come una massa puntiforme, separata dalla distanza relativamente grande di 380.000 chilometri o giù di lì. Ma in realtà, la Terra non è un punto, ma un oggetto che occupa un volume reale, dato. Parti della Terra saranno più vicine alla Luna di altre; parti saranno più lontane. Le parti più vicine sperimenteranno una maggiore attrazione gravitazionale rispetto alla media; le parti più distanti sperimenteranno un’attrazione minore rispetto alla media.
ci sarà una forza che lo tira nella direzione di una massa gravitazionale esterna. Diversi punti lungo quell’oggetto sperimenteranno forze leggermente diverse, risultando in una forza di marea netta: le differenze tra la forza sui singoli punti rispetto alla forza netta media sull’intero oggetto. Dipartimento di Oceanografia, Naval Postgraduate School
Ma non c’è solo il fatto che parti della Terra sono più vicine e parti sono più lontane dalla Luna. Come tutti gli oggetti fisici, la Terra è tridimensionale, il che significa che le aree “superiore” e “inferiore” della Terra (dal punto di vista della Luna) verranno tirate verso l’interno, verso il centro della Terra, rispetto alle porzioni situate nel mezzo.
Tutto sommato, se sottraiamo la forza media sperimentata da ogni punto della Terra, possiamo vedere come tutti i vari punti sulla superficie sperimentano le forze esterne dalla Luna in modo diverso. Queste linee di forza mappano le forze relative che un oggetto sperimenta e spiegano perché gli oggetti che sperimentano le maree vengono allungati lungo la direzione della forza e compressi perpendicolarmente alla direzione della forza.
alla forza netta media, mentre diversi punti lontani dal centro sperimenteranno forze nette differenziali. Ciò si traduce in un effetto’ spaghettifying’. Krishnavedala / Wikimedia Commons
Più ci si avvicina a un oggetto massiccio, più grandi diventano queste forze di marea; le forze di marea diventano più grandi anche più velocemente della forza gravitazionale! Poiché i buchi neri sono sia estremamente massicci che estremamente compatti, generano le più grandi forze di marea conosciute nell’Universo. Questo è il motivo per cui, mentre ti avvicini a un buco nero, ti ritrovi a essere “spaghettificato” o allungato in una forma sottile e simile a una tagliatella.
Sulla base di questo, è facile capire perché ti aspetteresti che i buchi neri ti risucchi: più ci si avvicina a uno, più forte è la forza attraente di gravità diventa e più forte le forze di marea che si lacerano ottenere.
essere dilaniato dalla perturbazione delle maree mentre si avvicina a un buco nero. Per un buco nero di massa LHC, queste forze sono irrilevanti, in quanto sono trascurabilmente piccole, ma per buchi neri come il tipo al centro della nostra galassia, le forze di marea vicino all’orizzonte degli eventi possono essere enormi. ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser
Tuttavia, l’idea che verrai risucchiato in un buco nero rimane un equivoco, e un doozy di uno a quello. Ogni singola particella che costituisce un oggetto colpito da un buco nero è ancora soggetta alle stesse leggi della fisica, inclusa la curvatura gravitazionale dello spaziotempo generata dalla Relatività Generale.
Mentre è vero che il tessuto dello spazio è curvo dalla presenza di massa, e che i buchi neri offrono la massima concentrazione di massa in qualsiasi parte dell’Universo, è anche vero che la densità di quella massa non importa per come lo spazio è curvo. Se dovessi sostituire il Sole con una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero della stessa massa esatta, la forza gravitazionale che agisce sulla Terra non sarebbe diversa. È la massa totale che curva lo spazio intorno a te; la densità non ha praticamente nulla a che fare con essa.
griglia, mettendo giù una massa fa sì che quelle che sarebbero state linee “rette” diventino invece curve di una quantità specifica. Nella Relatività Generale, trattiamo lo spazio e il tempo come continui, ma tutte le forme di energia, inclusa ma non limitata alla massa, contribuiscono alla curvatura dello spaziotempo. Se dovessimo sostituire la Terra con una versione più densa, fino a includere una singolarità, la deformazione dello spaziotempo mostrata qui sarebbe identica; solo all’interno della Terra stessa sarebbe notevole una differenza. Christopher Vitale di Networkologies e del Pratt Institute
Da lontano, un buco nero è proprio come qualsiasi altra massa nell’Universo. È solo quando ti avvicini molto-entro pochi raggi di Schwarzschild-che inizi a notare le partenze dalla gravità newtoniana. Tuttavia, il buco nero agisce semplicemente come un attrattore, e gli oggetti che si avvicinano faranno le stesse orbite che farebbero normalmente: un cerchio, un’ellisse, una parabola o un’iperbole, con un’approssimazione molto buona.
A causa delle forze di marea, gli oggetti in avvicinamento potrebbero essere lacerati, e a causa della materia che si è accumulata attorno al buco nero sotto forma di un disco di accrescimento, potrebbero esserci ulteriori effetti presenti: campi magnetici e attrito e riscaldamento. Una parte della questione, date queste interazioni aggiuntive, rischia di essere rallentata e alla fine inghiottita dal buco nero, ma la stragrande maggioranza sarebbe comunque sfuggita.
Il buco nero supermassiccio al centro del disco di accrescimento invia uno stretto getto di materia ad alta energia nello spazio, perpendicolare al disco. Un blazar a circa 4 miliardi di anni luce di distanza è l’origine di molti dei raggi cosmici e dei neutrini a più alta energia. Solo la materia dall’esterno del buco nero può lasciare il buco nero; la materia dall’interno dell’orizzonte degli eventi non può mai sfuggire. DESY, Science Communication Lab
Il fatto è che i buchi neri non succhiano nulla; non c’è forza che un buco nero esercita che un oggetto normale (come una luna, un pianeta o una stella) non esercita. Alla fine, è tutto solo gravità. La più grande differenza è che i buchi neri sono più densi della maggior parte degli oggetti, occupando un volume di spazio molto più piccolo e in grado di essere molto più massiccio di qualsiasi altro singolo oggetto. Saturno potrebbe essere perfettamente orbitante attorno al nostro Sole, ma se si dovesse sostituire il Sole con il buco nero al centro della Via Lattea — un buco nero che è circa 4.000.000 volte più massiccio del Sole — le forze di marea sarebbero abbastanza forti da spezzare Saturno in un enorme anello, dove diventerebbe parte del disco di accrescimento del buco nero. Dato abbastanza attrito, riscaldamento e accelerazione in presenza dei campi gravitazionali, elettrici e magnetici che tutta la materia genera, alla fine cadrebbe all’interno e si inghiottirebbe.
aumenta la materia e ne accelera una parte verso l’esterno in due getti perpendicolari, è un eccezionale descrittore di come funzionano i quasar. La materia che cade in un buco nero, di qualsiasi varietà, sarà responsabile di una crescita aggiuntiva sia nella massa che nella dimensione dell’orizzonte degli eventi per il buco nero. Nonostante tutte le idee sbagliate là fuori, però, non c’è ‘succhiare’ di materia esterna. Segno A. Garlick
I buchi neri sembrano succhiare la materia solo perché sono così massicci, e la combinazione di forze di marea e la materia già presente attorno al buco nero può strappare oggetti esterni, dove una certa frazione di particelle lacerate sperimenterà abbastanza forza di trascinamento da incanalare nel disco di accrescimento e infine nel buco nero stesso. Ma i buchi neri saranno mangiatori disordinati; la stragrande maggioranza della materia che passa vicino a un buco nero sarà sputata in una forma o nell’altra. È solo la piccola porzione che cade all’interno dell’orizzonte degli eventi che lo farà crescere.
È l’attrito, il riscaldamento e l’interazione di particelle cariche in movimento che creano forze elettromagnetiche che possono incanalare la massa all’interno dell’orizzonte degli eventi. Ma in nessun punto un buco nero esercita una forza di suzione; solo uno standard, run-of-the-mill gravitazionale. Mark Garlick (Università di Warwick)
Se sostituissimo ogni massa nell’Universo con un buco nero di massa equivalente e rimuovessimo tutto il materiale di attrito come i dischi di accrescimento, ben poco verrebbe risucchiato. L’unico attrito che una particella sperimenterebbe è dovuto alla sua emissione di radiazione gravitazionale mentre si muove attraverso lo spaziotempo curvo generato dal buco nero. Solo il materiale che formava l’interno a tre volte il raggio dell’orizzonte degli eventi-l’interno all’orbita circolare stabile più interna (orbit) nella relatività — sarebbe inesorabilmente “risucchiato”, a causa del comportamento della teoria di Einstein stessa. Rispetto a ciò che effettivamente rientra nell’orizzonte degli eventi nella nostra realtà fisica, questi effetti sono trascurabili.
Alla fine, avremmo solo la forza di gravità e lo spaziotempo curvo che deriverebbe dalla presenza di queste masse. L’idea che i buchi neri succhiano qualcosa è il più grande mito su di loro. Crescono a causa della gravitazione e nient’altro. In questo universo, questo è più che sufficiente.
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