Ecco tutti gli spaventosi tipi di buchi neri esistenti nell'Universo

Quanti tipi diversi di buco nero esistono? Come si formano e cosa li differenzia l'uno dall'altro? Scopriamolo assieme.

Ecco tutti gli spaventosi tipi di buchi neri esistenti nell'Universo
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I buchi neri sono tra gli oggetti più affascinanti dell'intero universo, se non addirittura i più affascinanti in assoluto. Un punto talmente massivo e così denso che la gravità diviene talmente forte da distorcere lo spazio-tempo stesso, fino a renderlo un percorso chiuso, così che nulla possa uscire, neanche un fotone.
Di fatto, per riuscire a scappare ad un'attrazione gravitazionale così forte, si dovrebbe andare più veloci della luce stessa. Ma quanti tipi di buchi neri esistono? Sono tutti uguali o hanno delle differenze? Secondo la classificazione attualmente adottata dagli astrofisici esistono cinque diversi tipi di buchi neri, e si differenziano non solo per la massa, ma anche per il modo in cui si creano. Alcuni sono più antichi, alcuni sono più recenti, di alcuni non siamo completamente sicuri che esistano davvero. Vediamoli uno ad uno.

Buchi neri primordiali

Come lascia intuire il nome i buchi neri primordiali sono i primi ad essersi generati, sono i buchi neri più antichi in assoluto ed anche i più piccoli. Quanto piccoli? Anche molto molto piccoli, molto più di quello che potreste immaginare. Se volete creare un buco nero il concetto di densità è fondamentale. Non serve una massa esageratamente grande, ma piuttosto una densità esageratamente grande. Ecco quindi che anche una semplice moneta, se compressa a sufficienza, può diventare un buco nero. Ad esempio una moneta di 5 grammi per diventare un buco nero dovrebbe essere compressa fino a raggiungere un diametro di circa 10 alla meno 30 metri. Questo è un diametro assolutamente inimmaginabile, per esempio un atomo di idrogeno ha un diametro di 10 alla meno 11 metri.
Un atomo di idrogeno si troverebbe quindi ad essere ben 19 ordini di grandezza più grande di un buco nero della massa di una moneta. Una moneta di cinque grammi, che sono anche tanti per un buco nero primordiale. Bastano infatti pochi microgrammi e una densità sufficientemente alta per avere le condizioni favorevoli per la creazione di questo miracolo della natura.

Intendiamoci, non è certo facile comprimere la materia in questo modo, serve un'energia assolutamente esagerata. Almeno se volessimo farlo oggi. Il discorso si fa leggermente diverso se pensiamo alle primissime fasi del nostro universo. Pochi istanti dopo il big bang, quando la materia non si era ancora del tutto generata ed era paragonabile ad una densissima zuppa di particelle, la densità non era costante, c'erano delle zone molto più dense di altre e, proprio in questi picchi di densità si potrebbero essere generati questi minuscoli buchi neri.

La teoria sui buchi neri primordiali ci è stata regalata da Stephen Hawking (e chi altri sennò?) ma tecnicamente non sappiamo se esistono veramente. La teoria ha perfettamente senso, ma un buco nero di queste dimensioni è assolutamente invisibile a qualsiasi strumento e non ha neanche nessun effetto gravitazionale osservabile (cosa che invece sarà di vitale importanza per gli altri buchi neri della lista). Almeno un buco nero "lontano".

E se invece ne avessimo uno all'interno del nostro sistema solare? Le probabilità sono molto remote, ma una ricerca del 2019 ha proposto l'idea che Planet 9 (il pianeta ipotetico che sarebbe nel sistema solare e che spiegherebbe alcune cose che non ci tornano sulle orbite e la creazione dei pianeti) potrebbe essere proprio un buco nero primordiale di qualche centimetro di diametro.

Buchi neri stellari

Di questi avrete certamente sentito parlare. Come suggerisce il nome, questi buchi neri hanno una massa "stellare" e si formano nelle fasi finali della vita di una stella, generalmente con una massa di molto superiore a quella del Sole. Il Sole, come vi abbiamo già spiegato, non farà questa fine, ma diventerà piuttosto una nana bianca, ovvero un corpo celeste con un nucleo composto da ossigeno e carbonio in forte stato di degenerazione; il cadavere di una stella quindi, destinata a raffreddarsi in miliardi di anni a venire.

Le stelle invece più massive (a partire da 20 volte la massa del sole), una volta finito il combustibile necessario alle reazioni nucleari, si troveranno con un grandissimo (e pesantissimo) nucleo di ferro capace di generare una fortissima attrazione gravitazionale. Purtroppo, senza la fusione nucleare, gran parte della pressione che permetteva alla stella di esistere scompare, causando un collasso che genera una supernova degli strati esterni e la creazione di un buco nero al centro. Come detto non tutta la massa della stella finisce all'interno del buco nero e il risultato è che si generano buchi neri che partono da 3 masse solari, fino a raggiungere anche decine di masse solari. Al contrario dei buchi neri primordiali, questi li abbiamo osservati eccome, in particolare con tre metodologie.

La prima, la più famosa di questi tempi, è grazie alle onde gravitazionali a seguito della fusione tra due buchi neri (la scoperta ha anche vinto il nobel). Tale evento è così energetico da creare delle increspature nello spazio tempo (previste dalla relatività) che siamo ora in grado di rilevare.

Il secondo metodo, più "vecchio", è l'osservazione di quelle che vengono definite binarie x. Ovvero un sistema in cui una stella si trova ad orbitare attorno ad un buco nero (ma anche attorno ad una nana bianca o una stella di neutroni) e in cui il materiale della stella viene lentamente consumato dal compagno, finendo per generare un disco di plasma estremamente energetico che accelera sempre di più avvicinandosi al buco nero con altissime temperature ed emissione molto intensa di raggi x (da cui il nome). Si possono osservare moltissimi sistemi di questo tipo all'interno della nostra galassia.
La terza ed ultima metodologia consiste nell'osservare gli effetti che questi buchi neri hanno sulla luce quando si trovano a passare di fronte ad altre stelle. In particolare il buco nero riesce a curvare la luce agendo di fatto come una lente. Il fenomeno è proprio chiamato lente gravitazionale ed è uno dei primi sistemi indiretti che ci ha confermato la presenza di grossi oggetti massivi che però non eravamo in grado di vedere direttamente: i buchi neri stessi.

Buchi neri intermedi

Questi sono un vero e proprio grattacapo per gli astrofisici contemporanei. Il motivo è semplice: sappiamo che esistono buchi neri di masse stellari (come abbiamo visto) e buchi neri di masse molto superiori (come vedremo), ma dove sono i buchi neri intermedi? Logica vuole che se un buco nero arriva ad avere una massa di decine di miliardi la massa del Sole sia passato per qualche stato intermedio in cui la sua massa era più piccola.
Ma non abbiamo mai visto alcun buco nero "intermedio". In astrofisica se una cosa non è osservata ci possono essere moltissime spiegazioni, una delle quali è che lo stadio in questione duri pochissimo (magari soltanto pochi milioni di anni), cosa che renderebbe l'osservazione diretta un fenomeno estremamente raro.

Tali buchi neri dovrebbero quindi avere una massa che va da centinaia di masse solari, fino centomila masse solari (sopra le quali avremo i buchi neri supermassicci).
Proprio per la loro caratteristica di essere di dimensioni intermedie ci aspettiamo di trovarli al centro di galassie molto piccole, ma sono al contempo estremamente difficili da vedere, a meno che non comincino ad accrescere di materiale (con lo stesso principio che abbiamo visto per le binarie x ma su scale maggiori); ma anche in quel caso la poca massa unita alla grande distanza potrebbe non permetterci di vederli. Il risultato è che, ad oggi, abbiamo qualche candidato (di cui vi abbiamo anche raccontato) ma nulla che ne provi definitivamente l'esistenza .

Buchi neri supermassicci

Questi sono buchi molto molto molto massicci, come suggerisce anche il nome, e gli unici che siamo riusciti a fotografare direttamente (per approfondire, ve ne abbiamo parlato qua). Risiedono al centro delle galassie (si pensa di tutte le galassie, ma non ne abbiamo ancora la certezza assoluta) e hanno una massa che va dai milioni di masse solari, fino a centinaia di miliardi di masse solari. Ne abbiamo uno anche al centro della nostra galassia, e mentre noi ruotiamo attorno al Sole, quest'ultimo ruota (così come tutte le altre stelle della nostra galassia) proprio attorno a questo gigantesco buco nero che ha una massa di 4 milioni di volte la massa del Sole. Quanto ci mettiamo a fare un intero giro attorno al centro della galassia? Circa 250 milioni di anni, una specie di "anno galattico".

Proprio per la mancanza di prove sull'esistenza dei buchi neri intermedi, il dibattito sulla formazione di questi giganti dell'universo è molto acceso e non si hanno ancora risposte.
È forse il risultato dell'accrescimento di uno dei primi buchi neri stellari della galassia? Oppure si è creato il buco nero supermassiccio prima ancora della galassia stessa, in una fase iniziale di forte densità proprio come per i buchi neri primordiali ma con scale molto più grandi? Quest'ultima teoria descriverebbe una situazione compatibile (ad esempio) con la mancanza di dati riguardo i buchi neri intermedi.

Quasar

I quasar (ce ne sono anche di recenti) sono gli oggetti più estremi dell'universo. Il nome deriva da quasi star objects, oggetti quasi stelle (nome contratto nel tempo, che riflette un periodo in cui di buchi neri si sapeva poco o nulla). Si ottiene un quasar quando un buco nero supermassiccio comincia ad accrescere materia e si crea un disco di plasma molto simile a quello di cui abbiamo discusso per le binarie x ma molto più grande e molto più luminoso.

E più il buco nero diventa grande, più il disco attorno ad esso diventa luminoso e luminoso e luminoso, tanto da avere spesso una luminosità anche molti ordini di grandezza superiore alla somma di tutta la luminosità di tutte le stelle del resto della galassia. Alcuni arrivano persino ad essere tra gli oggetti più brillanti in assoluto in tutto l'universo.

Si pensa che il quasar non sia in verità un tipo diverso di buco nero supermassiccio, ma piuttosto una sua fase obbligata, e che tutti i buchi neri supermassicci abbiano passato, stanno passando o passeranno dalla fase di quasar. Ci sono forti evidenze osservative, ad esempio, del fatto che il buco nero al centro della nostra galassia sia già passato per questa fase. E con questo si conclude il nostro viaggio all'interno (solo metaforicamente, per ora) degli oggetti più estremi e affasciananti dell'universo.