Un buco nero è un oggetto astronomico con una gravità così forte che nulla può sfuggirgli.
I buchi neri sono definiti dal loro “orizzonte degli eventi”, una superficie oltre la quale la velocità necessaria per sfuggire supera quella della luce. Questa caratteristica li rende incredibilmente misteriosi e affascinanti per gli astronomi. Esistono due principali classi di buchi neri: quelli di massa stellare e quelli supermassicci. I primi, con masse che vanno da tre a decine di volte quella del Sole, sono distribuiti nella nostra galassia, mentre i secondi, che pesano da 100.000 a miliardi di masse solari, si trovano nei centri delle galassie più grandi, inclusa la nostra.
Per molto tempo, gli astronomi hanno ipotizzato l’esistenza di una classe intermedia di buchi neri, con masse comprese tra 100 e più di 10.000 volte quella del Sole. Nonostante siano stati identificati alcuni candidati con prove indirette, l’esempio più convincente è stato osservato il 21 maggio 2019, quando il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde gravitazionali da una fusione di due buchi neri di massa stellare. Questo evento, denominato GW190521, ha prodotto un buco nero di 142 masse solari.
Un buco nero di massa stellare si forma quando una stella con più di 20 masse solari esaurisce il combustibile nucleare nel suo nucleo e collassa sotto il proprio peso. Il collasso innesca un’esplosione di supernova che espelle gli strati esterni della stella. Tuttavia, se il nucleo schiacciato ha una massa superiore a circa tre volte quella del Sole, nessuna forza conosciuta può arrestare il collasso in un buco nero. L’origine dei buchi neri supermassicci è meno compresa, ma sappiamo che esistono fin dai primi giorni di vita delle galassie.
Una volta formati, i buchi neri possono crescere accrescendo materia che vi cade dentro, incluso il gas strappato da stelle vicine e persino altri buchi neri. Nel 2019, gli astronomi utilizzando l’Event Horizon Telescope (EHT) hanno catturato per la prima volta un’immagine di un buco nero. Appare come un cerchio scuro silhouettato da un disco di materia calda e luminosa in orbita. Questo buco nero supermassiccio si trova al centro della galassia M87, a circa 55 milioni di anni luce di distanza, e pesa più di 6 miliardi di masse solari. Il suo orizzonte degli eventi si estende tanto da poter inglobare gran parte del nostro sistema solare.
La prima immagine di un buco nero è stata realizzata utilizzando osservazioni del centro della galassia M87 effettuate dall’Event Horizon Telescope. L’immagine mostra un anello luminoso formato dalla luce che si piega nella forte gravità attorno a un buco nero di 6,5 miliardi di masse solari. Credito: Event Horizon Telescope Collaboration.
Un’altra scoperta importante legata ai buchi neri è avvenuta nel 2015, quando gli scienziati hanno rilevato per la prima volta onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio-tempo previste un secolo prima dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. LIGO ha rilevato le onde da un evento chiamato GW150914, dove due buchi neri orbitanti si sono fusi 1,3 miliardi di anni fa. Da allora, LIGO e altri osservatori hanno registrato numerose fusioni di buchi neri attraverso le onde gravitazionali che producono.
Questi nuovi metodi di osservazione sono entusiasmanti, ma gli astronomi studiano i buchi neri attraverso le varie forme di luce che emettono da decenni. Sebbene la luce non possa sfuggire all’orizzonte degli eventi di un buco nero, le enormi forze di marea nelle sue vicinanze fanno sì che la materia vicina si riscaldi a milioni di gradi e emetta onde radio e raggi X.
Alcuni dei materiali che orbitano ancora più vicino all’orizzonte degli eventi possono essere espulsi, formando getti di particelle che si muovono quasi alla velocità della luce e che emettono onde radio, raggi X e raggi gamma. I getti dai buchi neri supermassicci possono estendersi per centinaia di migliaia di anni luce nello spazio.