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I buchi neri sembrano essere la materia della fantascienza (e, infatti, sono stati protagonisti di molti libri e film di fantascienza), quindi non è raro che la gente si chieda: i buchi neri sono reali? A quanto pare, la risposta è sì, anche se per molto tempo la maggior parte degli scienziati era convinta che i buchi neri fossero oggetti puramente teorici.

I buchi neri sono reali? L’idea di un buco nero

Il concetto di buco nero fu concepito per la prima volta da un astronomo dilettante inglese di nome John Michell nel 1783. Michell stava lavorando sotto il presupposto newtoniano che le particelle di luce avessero una massa. Così, usando l’equazione di Newton per la gravità, Michell suggerì che se ci fosse un oggetto con 500 volte il raggio del sole, ma con la densità media del sole, allora la sua velocità di fuga sarebbe più veloce della velocità della luce. Pochi anni dopo, il matematico e astronomo francese Simon Pierre Laplace giunse a una conclusione simile sulla domanda: i buchi neri sono reali?

Purtroppo, le speculazioni di Michell e Laplace non furono prese sul serio dalla comunità scientifica perché semplicemente non c’erano prove che suggerissero l’esistenza di tali oggetti esotici nell’universo, o rispondere: i buchi neri sono reali? Inoltre, l’esperimento della doppia fenditura di Thomas Young nel 1803 confermò la natura ondulatoria della luce, e sembrava impossibile che la gravità potesse avere una qualsiasi influenza sulle onde senza massa.

Ma nel 1905, Einstein usò l’effetto fotoelettrico per dimostrare che la luce è composta da particelle senza massa chiamate fotoni. Inoltre, la sua teoria della relatività generale, pubblicata nel 1915, dimostrò che la gravità poteva influenzare queste particelle anche se non avevano massa. Secondo la relatività, la forza di gravità deriva da oggetti massicci che deformano lo spaziotempo circostante (le tre dimensioni spaziali e il tempo combinati in un continuum quadridimensionale). Poiché anche le particelle senza massa come i fotoni dovrebbero obbedire alla curvatura dello spaziotempo, la gravità può effettivamente influenzare la luce.

Nel 1916, Karl Schwarzschild risolse le equazioni della relatività generale di Einstein per determinare il raggio di un oggetto la cui velocità di fuga avrebbe superato quella della luce. Tuttavia, Einstein stesso sostenne che la possibilità di un buco nero non era altro che una curiosità matematica – una previsione interessante della relatività generale, ma non una rappresentazione accurata della realtà. Solo a metà del ventesimo secolo, quando furono scoperte le stelle di neutroni, gli astrofisici iniziarono a considerare seriamente se oggetti compatti come i buchi neri potessero effettivamente esistere.

Prove dei buchi neri

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno raccolto molte prove osservative per rispondere alla domanda “I buchi neri esistono? Come suggerisce il nome, non possiamo vedere i buchi neri stessi, ma possiamo osservare l’effetto che un buco nero ha sul suo ambiente. Quando i buchi neri divorano la materia intorno a loro, questo materiale forma un disco di accrescimento, che irradia principalmente nella banda dei raggi X dello spettro elettromagnetico.

Inoltre, quando i buchi neri si presentano in sistemi stellari multipli, possiamo assistere ai loro effetti gravitazionali sulle stelle compagne visibili. Infatti, il primo vero candidato buco nero, Cygnus X-1, scoperto durante un volo in mongolfiera nel 1964 per la sua forte emissione di raggi X, è stato poi riconosciuto come un buco nero a causa del suo effetto gravitazionale su una stella massiccia strettamente orbitante. Allo stesso modo, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, Sagittarius A*, è stato confermato dagli astronomi che hanno monitorato l’orbita della stella S0-2 (abbreviata S2) durante il suo periodo di 15 anni e mezzo.

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