Viaggio Dentro un Buco Nero: Cosa Succederebbe?

I buchi neri sono tra gli oggetti spaziali più strani e affascinanti che conosciamo: corpi celesti la cui massa è compressa a tal punto da generare un campo gravitazionale così intenso da piegare lo spaziotempo su sé stesso fino a formare intorno a sé una regione dalla quale nulla, nemmeno la luce e le altre radiazioni elettromagnetiche, riesce a uscire. Ipotizzati inizialmente come soluzioni limite della teoria della relatività generale, sono stati prima rivelati in base alle osservazioni degli effetti della loro presenza sugli altri corpi celesti, e infine immortalati in immagini radio che ci hanno mostrato la geometria e la potenza delle emissioni della materia che precipita vorticosamente verso di essi.

L'Orizzonte degli Eventi: Un Punto di Non Ritorno

La prima cosa da ricordare è che il percorso verso l'interno di un buco nero è un viaggio dal quale non c'è possibilità di tornare indietro: questa "regione di non ritorno" è delimitata da una superficie chiamata orizzonte degli eventi. Al contrario di quanto possiamo immaginare, l'orizzonte degli eventi non è un confine fisico che dobbiamo attraversare, ma un limite matematico che indica la distanza oltre il quale niente, nemmeno la luce, può sfuggire alla "trappola gravitazionale" del buco nero.

La forma e le dimensioni dell'orizzonte degli eventi dipendono dalle caratteristiche del buco nero: in particolare, per un buco nero non rotante l'orizzonte degli eventi corrisponde alla superficie di una sfera il cui raggio dipende solamente dalla sua massa. Avvicinarsi a un buco nero non significa automaticamente entrarci. Oltre una certa distanza limite (chiamata Innermost Stable Circular Orbit, “Orbita circolare stabile più interna”), la fisica non ci vieta di allontanarci, a patto di avere a disposizione sufficiente energia. Se ci avviciniamo ulteriormente, però, cadere nell'orizzonte degli eventi diventa inevitabile. L'ingresso in un buco nero sarebbe definitivo: una volta entrati, non potremmo mai più uscire. È la fisica a vietarcelo!

La Spaghettificazione: Cosa Succede Cadendo Verso un Buco Nero

Come abbiamo detto, per noi il passaggio attraverso quello che è l'orizzonte degli eventi per gli osservatori esterni non sarebbe un momento significativo: non ce ne accorgeremmo neppure, perché il confine è matematico e non fisico. L'effetto principale che sperimenteremmo sarebbe dovuto invece alle sollecitazioni gravitazionali sempre più intense a cui saremmo sottoposti mentre cadiamo verso il centro del buco nero: mentre per un corpo celeste "normale" le differenze tra il campo gravitazionale sperimentato dal punto dell'oggetto più vicino al centro di massa e quello invece più lontano sono generalmente trascurabili, man mano che ci si avvicina al centro del buco nero queste differenze diventano sempre più grandi.

Questo significa che l'accelerazione alla quale è sottoposta la parte "anteriore" dell'oggetto in caduta libera è più elevata di quella a cui è sottoposta la parte "posteriore", creando una forza che tende a "stiracchiare" l'oggetto nella direzione del moto; questa forza aumenta di intensità durante la caduta. Questo effetto è analogo alle forze che osserviamo nell'interazione gravitazionale tra la Terra e Luna e che danno origine alle maree (e per questo vengono chiamate "forze mareali"), ma con una intensità così elevata da avere effetti enormemente più marcati. A un certo punto, infatti, questa forza diventa così intensa da superare la resistenza di qualunque oggetto, frantumandolo e disgregandolo in frammenti sempre più piccoli, finché la materia che lo componeva non viene ridotta ad una sottile striscia di materia destinata a diventare sempre più allungata e sempre più sottile, in un processo che ha preso il nome di spaghettificazione.

Mentre si precipita verso la singolarità “la parte del tuo corpo più vicina viene accelerata drasticamente e più velocemente della parte più lontana dalla singolarità, allungandoti miseramente. Allo stesso tempo, la tua anatomia complessiva è costretta a convergere verso quel punto, schiacciandoti. In un microsecondo, meno tempo di quanto ci vorrebbe per sbattere le palpebre, vieni contemporaneamente scorticato, fatto a pezzi e polverizzato a morte”. Non esattamente una prospettiva confortante, con la materia organica che tornerebbe nei suoi elementi costituenti di base anch’essi neutralizzati attraverso la cesura dello spaziotempo e infine destinati alla scomparsa definitiva.

Dentro il Buco Nero: Un Mistero Irrisolto

Cosa succede dentro un buco nero? Questa è una domanda a cui non abbiamo risposta: come funziona l'interno di un buco nero rimane uno dei grandi misteri della fisica contemporanea. Per questo non siamo in grado, al momento, di spiegare cosa accadrebbe una volta entrati nell'orizzonte degli eventi, via via che ci avviciniamo al centro del buco nero. Per esempio, non sappiamo se il campo gravitazionale cresce all'infinito creando una singolarità puntiforme di densità infinita, o se qualche effetto della fisica quantistica intervenga dando origine a qualche oggetto assolutamente bizzarro che al momento non abbiamo nemmeno gli strumenti per immaginare.

La teoria generale della relatività spiega che l’interno del buco nero si stringe, lo spaziotempo si curva in modo assoluto fino a formare una cosiddetta singolarità in cui ogni cosa termina o anche una frattura nello stesso spaziotempo. Il materiale originario della stessa che ha dato origine al buco nero, di cui anzi il buco nero è una sorta di tomba (visto che si forma dal collasso gravitazionale di una stella massiccia) finisce in quella frattura e viene cancellato. Per cui tutto ciò che supera l’orizzonte degli eventi viene di fatto eliminato, a prescindere dalla sua massa.

“Inevitabilmente si precipiterebbe in quella singolarità - spiega l’astronoma - sarebbe un viaggio roccioso mentre la tua materia perturba l'ambiente e lo spaziotempo ondeggia”. Questo perché quello strappo “non porta da nessuna parte”, spiega Levin. “La singolarità è una fine allo spazio e al tempo, una fine all'esistenza. Non c'è futuro davanti a sé una volta che una cosa viene schiacciata e spinta attraverso la singolarità. La morte per singolarità è la morte esistenziale suprema - la morte delle vostre particelle fondamentali, la rimozione dalla realtà di voi e delle vostre cose costitutive. Inesistenza reale”.

D’altronde la singolarità è un punto in cui la curvatura dello spaziotempo tende a un valore infinito e secondo alcune teorie fisiche l'universo potrebbe proprio avere avuto inizio e finire con Big Bang e Big Crunch, due singolarità gravitazionali. Eppure la matematica ci dice che la descrizione fisica offerta dalla relatività in qualche modo è incompleta. La relatività generale non può racchiudere l'intera storia dello Spazio proprio perché include nella sua esistenza la medesima categoria della singolarità.

Per cui “forse nell'abisso del buco nero, invece di una singolarità, c'è una sorta di residuo di tutto quel materiale in caduta, un residuo quantistico alle energie e alle curvature catastroficamente alte del centro del buco. È pensabile che tutta la materia che ha creato il buco e successivamente vi è caduta sia intrappolata in uno stato ancora sconosciuto di materia quantistica”. E dunque che tutte le particelle subatomiche - costituenti precedentemente sani di una stella, materia che conosciamo abbastanza bene - si siano invece compresse “in meno spazio di un trilione di trilioni di volte più piccolo di un nucleo di idrogeno”.

Allo stesso modo, spiega l’esperta, è anche concepibile che questa stessa tesi sia priva di senso e d’altronde non ci sono molti sostenitori di questa teoria sui "residui" presenti nei buchi neri. Le speculazioni si lanciano d’altronde molto più in là: per esempio che una volta all’interno del buco nero tutto si concluda in uno speculare “buco bianco”, qualcosa di simile a un nuovo big bang in corso da un'altra parte dell'universo, perché i buchi neri possono essere più grandi all'interno che all'esterno. “Potrebbe esserci perfino un altro universo in quello stesso buco nero” aggiunge Levin. Il buco bianco è un'ipotetica regione dello spaziotempo e una singolarità dentro cui non si può entrare dall'esterno, ma dalla quale può solo uscire energia-materia e luce.

Simulazioni NASA: Un Viaggio Virtuale

Che succederebbe se cadessimo dentro a un buco nero? È la domanda di partenza che si è posto l’astrofisico Jeremy Schnittman che lavora per il Goddard Space Flight Center della NASA. Grazie a un supercomputer, Schnittman è stato in grado di simulare due diversi scenari che consentono di vivere (seppur virtualmente) un’esperienza immersiva in un contesto che, ovviamente, sarebbe praticamente impossibile da assaporare in prima persona.

“Le persone spesso chiedono questo, e simulare questi processi difficili da immaginare, mi aiuta a collegare la matematica della relatività alle effettive conseguenze nell’Universo reale - ha affermato Jeremy Schnittman in una nota condivisa dalla NASA -. Così ho simulato due diversi scenari, uno in cui una telecamera, una controfigura di un audace astronauta, manca appena l’orizzonte degli eventi e si lancia indietro, e uno in cui attraversa il confine, segnando il suo destino”.

Simulazioni che consentono allo spettatore curioso di immergersi in un viaggio all’interno di un buco nero supermassiccio che ricalca le caratteristiche di quello realmente scoperto al centro della Via Lattea, grande 4,3 milioni di volte la massa del nostro Sole.

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Schnittman in collaborazione con il collega Brian Powell ha utilizzato il supercomputer Discover disponibile presso il Centro per la Simulazione Climatica della NASA. La scelta è ricaduta su un buco nero supermassiccio perché, come ha spiegato lo stesso Schnittman: “I buchi neri di massa stellare, che contengono fino a circa 30 masse solari, possiedono orizzonti degli eventi molto più piccoli e forze di marea più forti, che possono fare a pezzi gli oggetti in avvicinamento prima che raggiungano l’orizzonte”. Qui si riferisce alla cosiddetta spaghettificazione, ovvero l’ipotetico effetto che avviene quando un oggetto è in caduta verso il centro di un buco nero.

La simulazione si estende su un arco spaziale di circa 25 milioni di chilometri. La prima cosa che si vede è una nuvola piatta e vorticosa di gas caldo e luminoso (disco di accrescimento) che circonda il buco nero insieme ad alcune strutture luminose che vi si formano attorno (anelli fotonici). Il viaggio prosegue finché lo spettatore non precipita verso il centro del buco nero, dove le leggi della fisica cessano di funzionare per come le conosciamo. Si tratta del “punto di non ritorno”, la “singolarità gravitazionale” teorizzata da Einstein: secondo la teoria della relatività, al centro di ogni buco nero vi è un punto in cui la curvatura dello spazio-tempo raggiunge un valore infinito.

Come detto al principio, però, Schnittman ha realizzato anche uno scenario alternativo, quello in cui un ipotetico astronauta non attraversa il buco nero supermassiccio riuscendo a mettersi in salvo con la sua astronave. “Se un astronauta volasse su una navicella spaziale in questo viaggio di andata e ritorno di 6 ore mentre i suoi colleghi su una nave madre rimanessero lontani dal buco nero, ritornerebbe 36 minuti più giovane dei suoi colleghi - spiega la NASA -.

Conclusioni

In realtà, dice la studiosa, “gli scienziati non sono ancora in grado di rispondere all’apparentemente semplice domanda su dove andremmo se cadessimo dentro un buco nero”. Comunque andassero le cose, c’è poco da sperare: anche sostituendo la singolarità con una situazione differente, questo non ci salverebbe dal finire drammaticamente triturati: “Se le tue schegge non vengono cancellate dall'esistenza attraverso una singolarità, se i tuoi frammenti potrebbero aspettare sotto forma di un residuo quantico tremolante nel nucleo del buco nero, le macerie accidentali si riverseranno con te, spazzatura spaziale più errante, mescolandosi con qualsiasi altro detrito accumulati. Il residuo persiste indefinitamente, una sottile speranza di un possibile futuro.