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Bentrovati a questa nuova rubrica dedicata all’approfondimento scientifico. Partiamo dal presupposto che non andremo a trattare un argomento semplice, e pur cercando di semplificarlo il più possibile, molti concetti potrebbero risultare complicati. Ci saranno comunque molte splendide immagini, e potrete ugualmente godervi la lettura.

Prima di parlare effettivamente di come si formi un buco nero, è bene ripassare ( o imparare ) dei concetti fondamentali.
Partiamo dalla base, ossia che cosa rappresenta in fisica un buco nero :”Nella relatività generale, si definisce buco nero una regione dello spaziotempo con un campo gravitazionale così forte e intenso che nulla al suo interno può sfuggire all’esterno, nemmeno la luce“.

Tale denominazione dunque è stata attribuita rifacendosi al concetto stesso per il quale l’assenza di luce ( e quindi di colore ) corrisponda a quel che noi abbiamo definito “nero”.
Per meglio intendere il motivo per il quale persino la luce venga “attratta” da questa “regione dello spazio\tempo”, è bene conoscere il concetto di velocità di fuga.
Tale valore rappresenta la velocità minima iniziale che un corpo deve possedere per uscire da un campo gravitazionale. E’ fondamentale sottolineare minima, perché appunto un corpo può comunque uscire da un campo gravitazionale senza raggiungere tale velocità, purché la propulsione sia costante nel tempo. Questo valore ovviamente si intende attrito escluso, per il quale i calcoli diventerebbero decisamente più complessi.
Ora è necessaria un po’ di matematica per comprendere il concetto:

  • v= velocità di fuga
  • G= costante gravitazionale  6,67 × 10−11 N m² / kg²
  • M= massa del corpo celeste
  • r= raggio del corpo celeste ( se ne deduce che quindi la velocità di fuga sarà minore calcolata prendendo come riferimento un aereo in quota rispetto ad un uomo a 0 m di altitudine )

Analizzando tale formula ( di cui abbiamo omesso per ragioni di pesantezza la dimostrazione ), possiamo constatare come la ed  siano inversamente proporzionali. Dunque al diminuire del raggio avremo un incremento della velocità di fuga, ed ovviamente vale l’opposto. Qui inseriamo un altro concetto, ossia il collasso gravitazionale. In breve alla morte di una stella di notevoli dimensioni ( a seguito di eventi che spiegheremo più in basso per i più coraggiosi che vorranno avventurarcisi ), vi è una drastica diminuzione del raggio della stella, ma senza che la massa diminuisca ( o comunque non così tanto da bilanciare la formula ). Tale evento porta dunque il della formula a tendere a 0, con un esponenziale aumento della v. Questa aumenta a tal punto da raggiungere e superare il valore di 3 × 108  m/s ( 300.000km\s per i meno ferrati, che sarebbe la velocità della luce nel vuoto ), cosicché persino la luce non sia abbastanza veloce per superare il valore di velocità di fuga.

Altra cosa interessante da notare, è come un buco nero ( essendo sostanzialmente privo di luce ), sia individuabile esclusivamente attraverso gli effetti che esso ha sulla luce e sulla materia che precipita nel suo intenso campo gravitazionale.

La zona all’interno del buco nero è stata denominata orizzonte degli eventi. Essendo un argomento veramente vasto e complesso, ne parleremo in un’altra rubrica.

Ora l’articolo assumerà dei toni più complessi, quindi nel caso non capiate andate tranquilli. L’essenziale è stato spiegato sopra, parlando della velocità di fuga e del perché la luce non riesca più a “fuggire”.

Andiamo dunque ad analizzare nel dettaglio il fenomeno precedentemente riportato del collasso gravitazionale.

Verso il termine del proprio ciclo vitale, dopo aver consumato tramite fusione nucleare il 90% dell’idrogeno ( formando elio ), nel nucleo della stella si arrestano le reazioni nucleari. La forza gravitazionale ( prima in equilibrio con la pressione generata dalle reazioni di fusione nucleare ) prevale dunque, e comprime la massa della stella verso il suo centro. Una volta che la densità ha raggiunto valori adeguati, può iniziare una nuova fusione nucleare, stavolta dell’elio ( dalla quale si formano litio, azoto, ossigeno e silicio ). In questa fase è caratteristico della stella contrarsi violentemente, e rilasciare nello spazio parte della sua massa. E’ qui che appunto le stelle con una massa non abbastanza grande si spengono del tutto, fino a diventare nel corso di milioni di anni un gigantesco pianeta. Nel caso il nucleo invece raggiungesse alla fine di questo processo una massa adeguata ( detta  limite di Chandrasekhar ), le reazioni proseguono fino alla sintesi del ferro. E’ fondamentale questo, poiché da qui le reazioni per la sintetizzazione di nuovi elementi non sono più esotermiche ma endotermiche ( al posto che emettere energia la si richiede ). Il nucleo della stella diventa dunque una massa inerme di ferro, ed il processo di collasso gravitazionale non può essere più fermato. A questo punto la stella subisce una contrazione elevatissima, la quale fa entrare in gioco la pressione di degenerazione. Tale pressione ( di cui vi invitiamo a leggere la pagina linkata precedentemente per capire di cosa si parla ) arresta bruscamente il processo di contrazione, dal quale però si genera successivamente un’immensa esplosione ( supernova di tipo II ).
Durante tale esplosione la stella perde gran parte della propria massa, e l’unica cosa a rimanere è un nucleo estremamente denso. Se la sua massa è abbastanza piccola da permettere alla pressione di degenerazione di contrastare la forza di gravità si arriva ad una situazione di equilibrio e si forma una stella di neutroni.
Se la massa invece è ancora abbastanza elevata e supera il  limite di Volkoff-Oppenheimer, nulla è capace di opporsi alla forza gravitazionale, dando origine appunto ad un buco nero. Secondo la relatività generale poi la pressione interna non viene più esercitata verso l’esterno, anzi diventa essa stessa una sorgente del campo gravitazionale ( rendendo così il collasso praticamente infinito ).

Ecco dunque uno dei modi per cui si può generare un buco nero ( attualmente il più accreditato e riconosciuto ).

Sperando sia stato di vostro gradimento, vi invitiamo a continuare a seguirci per nuovi ed interessanti articoli sempre sull’approfondimento scientifico!

Ad maiora!

 

 

 

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