Cosa succederebbe se cadessimo verso un buco nero?

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. In questo articolo ricostruiamo che cosa ci accadrebbe se cadessimo all'interno di un buco nero.

Avvicinarsi troppo a un buco nero è un viaggio senza 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 dipende 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. A un certo punto saremmo obbligati a oltrepassare la soglia dell'orizzonte degli eventi: da quel momento in poi non potremmo più inviare nessun tipo di informazione all'esterno: non potremmo più essere osservati né comunicare con tutto ciò che sta fuori dall'orizzonte degli eventi.

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Di Stefano Gandelli

L'ingresso in un buco nero sarebbe definitivo: una volta entrati, non potremmo mai più uscire. È la fisica a vietarcelo!

Cosa succede cadendo verso un buco nero: la spaghettificazione

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.

La relatività generale ci dice inoltre che più ci inoltriamo in un campo gravitazionale intenso più il tempo scorre lentamente rispetto a osservatori lontani; in altre parole, più ci avviciniamo al buco nero, più da fuori ci vedrebbero “al rallentatore”.

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.

L'unica differenza apprezzabile è a quale distanza questo processo inizi a far vedere i suoi effetti: per buchi neri meno massicci, come quelli di origine stellare, la spaghettificazione può iniziare ben prima che l'oggetto abbia superato l'orizzonte degli eventi; per quelli più grandi invece, come i buchi neri supermassicci che possiamo trovare al centro delle galassie, le loro dimensioni sono tali che gli effetti della spaghettificazione iniziano a farsi sentire ad una distanza inferiore a quella del raggio dell'orizzonte degli eventi, facendo sì che teoricamente un osservatore potrebbe riuscire a superare l'orizzonte degli eventi prima di subire una fine catastrofica, e vedere con i suoi occhi l'interno di un buco nero: tuttavia, anche in quel caso, non sarebbe comunque possibile comunicare con l'esterno, e quindi qualsiasi scoperta rimarrebbe per sempre confinata all'interno.

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.