Cadere verso un buco nero non significherebbe osservare un enorme cerchio nero diventare sempre più grande fino a inghiottire tutto il campo visivo. La scena sarebbe molto più strana.
La gravità deformerebbe il percorso della luce proveniente dalle stelle e dal materiale attorno al buco nero. Il cielo apparirebbe quindi sempre più distorto, con immagini multiple e regioni luminose compresse o incurvate. E, almeno nel caso di un buco nero sufficientemente grande, potremmo persino attraversare l’orizzonte degli eventi senza vedere comparire davanti a noi una parete, una superficie o un confine luminoso.
L’orizzonte degli eventi non è infatti una barriera materiale. È il limite dello spazio-tempo oltre il quale nessun segnale può più tornare verso l’esterno.
Avvicinandoci, vedremmo davvero un enorme disco nero?
Non necessariamente.
Un buco nero, per definizione, non emette luce propria. Quello che può diventare spettacolare è ciò che gli sta intorno. Se il buco nero sta attirando gas e altra materia, può essere circondato da un disco di accrescimento estremamente luminoso.
La luce di quel materiale viene piegata dalla gravità. Per questo le visualizzazioni realistiche mostrano spesso parti del disco che sembrano comparire sia sopra sia sotto il buco nero, anche se fisicamente il disco può trovarsi su un unico piano.
La regione scura che osserviamo nelle immagini astronomiche non coincide nemmeno esattamente con l’orizzonte degli eventi. È la cosiddetta “ombra” del buco nero, prodotta dal modo in cui la gravità modifica le traiettorie della luce nelle sue vicinanze.
Per chi stesse precipitando, quindi, il panorama non sarebbe semplicemente “nero”. Una parte consistente dello spettacolo sarebbe prodotta proprio dalla luce esterna, deformata dalla geometria dello spazio-tempo.
Il cielo inizierebbe a deformarsi
Più ci avvicinassimo, più diventerebbe evidente un fenomeno chiamato lente gravitazionale.
La luce delle stelle situate dietro o accanto al buco nero potrebbe raggiungere i nostri occhi dopo aver seguito traiettorie curve. Lo stesso oggetto potrebbe quindi apparire in posizioni apparentemente insolite o persino produrre più immagini.
Le simulazioni relativistiche mostrano che, nelle condizioni estreme vicino all’orizzonte, il cielo stellato può essere fortemente compresso e distorto. Einstein Online descrive scenari nei quali le stelle visibili finiscono concentrate in regioni sempre più ristrette del cielo e possono apparire immagini multiple della stessa sorgente.
Non assisteremmo quindi alla semplice scomparsa progressiva dell’Universo.
Vedremmo piuttosto l’Universo cambiare forma davanti ai nostri occhi.
Arrivati all’orizzonte degli eventi, cosa succederebbe?
Qui c’è uno degli aspetti più controintuitivi.
L’orizzonte degli eventi viene spesso rappresentato come una specie di superficie nera. In realtà non è una superficie solida e, localmente, non deve necessariamente esserci qualcosa che ci segnali l’esatto istante in cui lo attraversiamo.
Per un osservatore che cade liberamente in un buco nero sufficientemente grande, il passaggio dell’orizzonte potrebbe quindi avvenire senza un improvviso “colpo” o un cambiamento visibile paragonabile all’attraversamento di una porta.
Da quel momento, però, ogni possibile traiettoria futura porterebbe verso l’interno. Tornare indietro o inviare un segnale all’esterno diventerebbe impossibile.
Ed è proprio questa differenza tra ciò che vive chi cade e ciò che può osservare qualcuno da lontano a rendere il fenomeno così particolare.
Da fuori sembrerebbe che ci fermiamo?
Un osservatore molto lontano descriverebbe la caduta in maniera diversa da chi la sta vivendo.
Avvicinandoci all’orizzonte, i segnali luminosi che inviamo verso l’esterno subirebbero effetti gravitazionali sempre più forti. La luce perderebbe energia e arriverebbe progressivamente più spostata verso lunghezze d’onda maggiori e sempre più difficile da osservare.
Per chi cade, invece, il tempo proprio continua a scorrere: l’orizzonte viene raggiunto in un intervallo finito.
Per questo l’idea secondo cui una persona “resterebbe congelata per sempre” sull’orizzonte è una semplificazione della descrizione fatta usando coordinate riferite a un osservatore esterno. Non significa che chi precipita sentirebbe il proprio tempo bloccarsi.
Vedremmo tutto il futuro dell’Universo?
È una delle immagini più affascinanti associate ai buchi neri, ma non va presa alla lettera.
La forte dilatazione temporale significa che osservatori in condizioni gravitazionali differenti possono misurare il trascorrere del tempo in modo diverso. Questo però non implica automaticamente che una persona in caduta libera possa assistere all’intero futuro dell’Universo condensato davanti ai propri occhi.
La quantità di luce che può effettivamente raggiungere l’osservatore e il tempo disponibile prima di raggiungere regioni interne estreme pongono limiti ben più concreti.
La relatività produce effetti spettacolari, ma non trasforma l’orizzonte degli eventi in uno schermo capace di mostrare tutta la storia futura del cosmo.
E poi arriverebbe la spaghettificazione
Il problema più serio non sarebbe ciò che vedremmo, ma ciò che la gravità farebbe al nostro corpo.
In prossimità di un buco nero, la parte del corpo più vicina al centro può subire un’attrazione gravitazionale maggiore di quella esercitata sulla parte più lontana.
Questa differenza prende il nome di forza mareale.
Se cadessimo con i piedi rivolti verso il buco nero, per esempio, i piedi potrebbero essere accelerati più intensamente della testa. Il risultato sarebbe uno stiramento nella direzione della caduta e una compressione nelle direzioni trasversali.
È il fenomeno soprannominato spaghettificazione.
Ma il momento in cui diventerebbe letale dipende moltissimo dalla massa del buco nero.
Meglio un buco nero piccolo o uno supermassiccio?
Sembra assurdo, ma per questo viaggio ipotetico un buco nero supermassiccio sarebbe la scelta meno immediatamente distruttiva.
Nei buchi neri di massa stellare l’orizzonte degli eventi è relativamente piccolo e il gradiente gravitazionale nelle sue vicinanze può essere enorme. Le forze mareali possono quindi distruggere un corpo prima ancora che attraversi l’orizzonte.
Con un buco nero supermassiccio la situazione può essere diversa.
NASA ha realizzato una simulazione basata su un buco nero di circa 4,3 milioni di masse solari, simile a Sagittarius A*, quello situato al centro della Via Lattea. In quel caso l’orizzonte degli eventi ha dimensioni dell’ordine di 25 milioni di chilometri e le forze mareali al suo confine sono molto meno intense di quelle presenti attorno a un piccolo buco nero stellare.
In teoria, quindi, un osservatore potrebbe attraversare l’orizzonte ancora intatto.
Il problema sarebbe ciò che viene dopo.
Cosa vedremmo una volta entrati?
Qui la risposta diventa inevitabilmente più prudente.
Secondo la relatività generale classica, una volta superato l’orizzonte non esiste una traiettoria che riporti all’esterno. Continuando la caduta verso l’interno, le forze mareali aumenterebbero fino a diventare distruttive.
La teoria conduce infine alla singolarità, una regione nella quale le quantità utilizzate per descrivere la curvatura dello spazio-tempo diventano estreme e la nostra descrizione fisica classica smette di essere sufficiente.
Dire con certezza “cosa vedremmo nella singolarità” andrebbe quindi oltre ciò che la fisica attuale può stabilire.
La stessa NASA sottolinea che, una volta superato l’orizzonte e raggiunte le regioni più interne, non sappiamo ancora descrivere completamente ciò che accade alla materia.
Ed è forse questa la parte più interessante del viaggio immaginario: potremmo descrivere abbastanza bene la deformazione del cielo, l’attraversamento dell’orizzonte e le forze mareali, ma il finale ci porterebbe esattamente nel punto in cui le nostre teorie smettono di dare risposte complete.
9. DOMANDE FREQUENTI
Un buco nero sarebbe completamente nero mentre ci cadiamo dentro?
Il buco nero in sé non emette luce, ma ciò che vedremmo potrebbe essere tutt’altro che completamente nero. Stelle, disco di accrescimento e altre sorgenti luminose apparirebbero fortemente deformate dalla gravità.
Ci accorgeremmo di attraversare l’orizzonte degli eventi?
Non necessariamente. In un buco nero sufficientemente grande, un osservatore in caduta libera potrebbe attraversarlo senza incontrare una superficie fisica o percepire un improvviso cambiamento locale.
Verremmo subito “spaghettificati”?
Dipende dalla massa del buco nero. Nei buchi neri stellari le forze mareali possono diventare fatali prima dell’orizzonte; in un buco nero supermassiccio potrebbero diventare distruttive solo dopo averlo attraversato.
Potremmo tornare indietro dopo aver superato l’orizzonte?
No, secondo la relatività generale. L’orizzonte degli eventi è proprio il confine oltre il quale nessun segnale, nemmeno la luce, può tornare verso l’esterno.
FONTI UTILIZZATE
- NASA Science — What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?
https://science.nasa.gov/universe/what-happens-when-something-gets-too-close-to-a-black-hole/ - NASA Science — New NASA Black Hole Visualization Takes Viewers Beyond the Brink
https://science.nasa.gov/universe/black-holes/supermassive-black-holes/new-nasa-black-hole-visualization-takes-viewers-beyond-the-brink/ - NASA Science — Frequently Asked Questions (FAQs) on Black Holes
https://science.nasa.gov/apod/frequently-asked-questions-faqs-on-black-holes/ - Einstein Online — Black holes & Co.
https://www.einstein-online.info/en/blackHoles/ - Einstein Online — Descent into a black hole
https://www.einstein-online.info/en/spotlight/descent_bh/ - Einstein Online — How the Event Horizon Telescope observes black holes
https://www.einstein-online.info/en/spotlight/eht/
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