Il collasso di una stella può portare alla creazione, almeno secondo la teoria, di almeno due differenti tipi di singolarità. Il primo caso, quello più noto, è una singolarità…che non possiamo vedere.
Man mano che una stella collassa, lo spazio e il tempo intorno ad essa vengono sempre di più incurvati sotto il suo peso (cioè la sua gravità cresce a dismisura). Quando la contrazione è andata oltre un certo limite, lo spazio-tempo circostante si è talmente distorto da creare una sorta di «abisso gravitazionale», un pozzo senza un fondo entro il quale è sparita tutta la massa dell’astro. Niente sfugge da questo imbuto cosmico inconcepibilmente profondo: né materia, né alcuna radiazione (neppure la luce).
Fu per questa ragione che nel 1969 John A. Wheeler chiamò questa singolarità buco nero. Già nel Diciottesimo secolo però John Michell, (1724-1793), astronomo, geologo e fisico inglese, fu il primo, in un saggio del 1783], ad aver concepito come un oggetto con una massa sufficientemente elevata possa essere in grado di trattenere la sua stessa luce (il concetto di velocità di fuga era ben noto all’epoca); egli ipotizzò che un oggetto di questo genere (quello che, successivamente, sarebbe stato chiamato: buco nero) non sarebbe stato direttamente visibile, ma potrebbe essere identificato tramite il moto di un oggetto compagno se parte di un sistema binario.
Quello che riusciamo ad osservare di un buco nero è il suo disco di accrescimento, ovvero una struttura formata da materiale che cade in una sorgente di campo gravitazionale. I dischi di accrescimento più spettacolari che si trovano in natura sono quelle dei nuclei galattici attivi: mentre la materia spiraleggia verso un buco nero centrale, il forte gradiente gravitazionale porta allo sviluppo di un forte calore. L’orizzonte degli eventi di un buco nero delimita la regione entro la quale neppure la luce è in grado di sfuggire alla mostruosa forza gravitazionale.
Quando si è all’interno di un buco nero, lo spazio-tempo risulta talmente deformato che ci si può muovere a senso unico solo verso la singolarità, dove, stando alla relatività generale, la densità è infinita, lo spazio e il tempo sono infinitamente distorti e le leggi della fisica a noi nota cessano di avere valore. Il concetto di singolarità non è amato da tutti i fisici per le evidenti implicazioni correlate ad una realtà difficile da concepire e credono che per capire bene cosa accade effettivamente dentro un buco nero è necessaria una nuova teoria della gravità.
La relatività generale predice però anche un’altra situazione in cui potrebbe essere finita la stella collassata. Se nel corso della contrazione la stella avesse aumentato a sufficienza la sua velocità di rotazione potrebbe essersi originata una singolarità nuda, cioè non oscurata da un orizzonte degli eventi da cui la luce non è in grado di scappare. Ci troveremmo quindi di fronte ad una sorta di buco grigio. Ciò significa che, in teoria, potremmo riuscire ad osservare un oggetto di densità e gravità infinite, in cui la fisica nota non vale più.
A riprova dell’esistenza dei buchi neri valgono numerosi osservazioni indirette, una delle prime avvenne nel 1965, quando fu osservata una sorgente di raggi X nella costellazione del Cigno, battezzata Cygnus X-1. Più tardi, si scoprì che essa corrispondeva ad una gigantesca stella azzurra, con circa trenta volte la massa del sole, che gravitava intorno ad un comune baricentro con un altro oggetto invisibile. Dal moto orbitale della stella azzurra si capì che il misterioso compagno aveva sei o sette volte la massa del sole. Se una tale massa non è visibile, l’oggetto oscuro deve essere molto piccolo, ma la teoria ci dice che nessuna nana bianca o stella a neutroni potrebbe essere stabile con un peso simile. Si doveva quindi trattare di una singolarità.
Sistemi di questo tipo oggi ne conosciamo a centinaia, il più vicino alla Terra è V404 Cygni, scoperto nel 1989. Un ulteriore elemento probatorio dell’esistenza dei buchi neri risiede nei lampi gamma. Negli anni Settanta dello scorso secolo gli americani misero in orbita numerosi satelliti per spiare i test atomici dei sovietici. Questi satelliti rilevarono inaspettatamente degli improvvisi bagliori di radiazioni energetiche (raggi gamma) provenienti da altre galassie. Da allora, mediamente osserviamo queste emissioni in media di uno al giorno. L’energia sprigionata da uno di questi lampi gamma è fenomenale, fino a mille volte quella che il sole impiegherebbe tutta la sua vita a produrre. Pensiamo che essi siano il risultato dell’esplosione di un’ipernova, cioè di una supernova violentissima in cui ciò che resta della stella progenitrice collassa in un buco nero: l’ultimo segnale che l’astro ci invia poco prima di scomparire per sempre.
Quindi come si direbbe in linguaggio giudiziario il caso dei buchi neri si fonda su un ampio corredo di prove indiziarie tale da farci supporre la loro effettiva esistenza.
