le stelle a neutroni indice la morte delle stelle il telescopio spaziale Hubble

I buchi neri

Quando una stella, inizialmente più pesante di 25 masse solariDizionario, esplode come supernova di tipo IIDizionario e resta un nocciolo denso che supera di 3 volte la massa del Sole, nessuna forza può bilanciare la forza di gravità ed il corpo non si assesta in alcuno stato di equilibrio.
Gli astrofisici ritengono perciò che la materia si contragga in modo inarrestabile, fino a concentrarsi in un volume praticamente nullo. Poiché dal risultato di questa contrazione non può uscire né radiazioneDizionario, né materia, J.A. Wheeler ha proposto di chiamare un oggetto del genere buco nero, in inglese Black Hole (BH). La loro presenza è stata rivelata, con ogni probabilità, fra le componenti di alcuni sistemi binari (Fig. 1).
 

Rappresentazione artistica del sistema binario Gro J1655-40 Fig. 1: Rappresentazione artistica del sistema binario GRO J1677-40: il buco nero riceve massa da un disco (in azzurro), chiamato disco di accrescimento, continuamente rifornito dalla compagna. Non tutta la materia finisce nel BH: parte viene invece lanciata in due getti normali al piano del disco.
(Credit: STScI-ESA-NASA; 30/11/2002)


Poiché, secondo la relatività, ad un fotone di energia hf,ove h è la costante di PlanckDizionario e f la frequenza, è associabile una massa hf/c2, anche la luceDizionario è soggetta alla forza di gravità. I fotoni che tendessero ad allontanarsi da un buco nero, verrebbero ad avere una lunghezza d'onda sempre più lunga, mentre la loro frequenza e la loro energia tenderebbero a zero ed essi diverrebbero del tutto inosservabili. Per un corpo di massa M, esiste una superficie sferica dall'interno della quale neppure la luce riesce a sfuggire all'irresistibile attrazione gravitazionale; essa viene chiamata "orizzonte degli eventi" (Fig. 2) e il suo raggio "raggio di SchwarzschildDizionario" .
 

Rappresentazione artistica del candidato buco nero Cygnus X-1 Fig.2: Filmato artistico del candidato buco nero Cygnus X-1, in cui si vede una massa di gas che si stacca dal bordo interno del disco di accrescimento e cade all'interno dell'orizzonte degli eventi, sparendo lentamente.
(Credit: STScI; 11/01/2001)

Usando la meccanica quantistica nel 1974 S. Hawking ha dimostrato che in realtà, su tempi molto più lunghi dell'attuale età dell'Universo, i BH possono "evaporare".
Secondo alcuni astrofisici la formazione di un buco nero (Fig. 3 e 4) è collegato al fenomeno dei lampi gamma, cioè l'apparire in punti del cielo imprevedibili di brevi ed intensi impulsi di radiazione gammaDizionario (in inglese Gamma-Ray Burst, GRB).

esplosione di una grb Fig 3 e 4: Sulla sinistra è visibile l'esplosione di un GRB fuori dal piano della nostra galassiaDizionario (rappresentata dalla linea orizzontale bianca e rossa). A destra è rappresentata la relativa curva di luce del GRB in numero di fotoni γ per secondo ricevuti in funzione del tempo.
(Credit: NASA/MSFC)

Oltre ai buchi neri che derivano dal processo evolutivo di una singola stella, aventi al più qualche decina di masse solari (BH di tipo stellare, Fig. 1), in natura si trovano anche BH di grande massa come quelli presenti nei nuclei centrali di molte galassie, inclusa la nostra, che pesano milioni o, in alcuni casi, anche miliardi di masse solari (Fig. 5).

Immagine del centro della galassia NGC 4261presa dall'Hubble Fig. 5: Disco di polvere e gas di 800 anni luce di raggio (disco di accrescimento) che nutre il buco nero di grande massa al centro della galassia NGC 4261.
(Credit: Foto NASA 04/12/1995)