L’ORIZZONTE DEGLI EVENTI – IL LIMITE DELLA CONOSCENZA UMANA

A cura di Andrea Lo Sasso

Pensavate che ci eravamo dimenticati di voi? Beh non è così. Dopo la pausa sessione la rivista scienza ritorna più attiva che mai!

Ve lo ricordate Gargantua, il famoso buco nero del film Interstellar? Immensamente bello e spaventoso Gargantua era un buco nero supermassivo che, a causa della sua intensa attrazione gravitazionale, rallentava il tempo nello spazio prossimo ad esso (infatti, se riflettete bene, un’ora sul pianeta esplorato dalla scienziata Miller corrispondeva a sette anni sulla terra). Gargantua, nome del gigante dei romanzi di François Rabelais, ha una caratteristica tipica di ogni buco nero, che è anche il tema su cui chiacchiereremo oggi: ha un orizzonte degli eventi.


Fig.1 Ricostruzione del buco nero Gargantua. È anche visibile al centro il pianeta orbitante attorno ad esso.

Nella metà degli anni settanta Sir Roger Penrose, uno dei massimi esperti britannici di cosmologia e stretto collaboratore di Stephen Hawking, diede la definizione di Orizzonte degli Eventi come “la superfice dall’interno della quale gli eventi non possono mandare messaggi all’infinito”. L’Orizzonte degli eventi è un concetto previsto dalla teoria di Albert Einstein. Secondo la Teoria della Relatività Generale infatti, lo spazio e il tempo formano un unico complesso con quattro dimensioni reali, chiamato per l’appunto Spazio-tempo. Lo Spazio-tempo è formato dalle tre dimensioni vettoriali (altezza, lunghezza, profondità), più la componente temporale, che per ragioni dimensionali è moltiplicata per c, la velocità della luce che è costante e vale 3×108 m/s. L’orizzonte degli eventi si crea nel momento in cui la “materia” (concetto utilizzato qui per identificare insieme la massa e l’energia, che secondo la Relatività Generale sono profondamente legate, 2) è così concentrata che la velocità di fuga1) assumerebbe valori pari o addirittura superiori alla velocità della luce. Dunque nemmeno i fotoni, che sono i mattoncini di cui è composta la luce in questo caso riescono ad uscirne. In queste regioni dello spazio quindi se non proviene la luce le cose che riusciamo a vedere sono le stesse che osserviamo quando di notte, all’improvviso in una stanza si fulmina la luce. Che cosa vediamo? Beh fondamentalmente niente! Questa è la stessa cosa che succede in queste regioni ed il punto oltre il quale non è più visibile nulla è l’inizio di quello che noi chiamiamo “orizzonte degli eventi”.

Una volta assimilato questo concetto si può capire perché è così misterioso ed affascinante questo argomento.

Fin dalla notte dei tempi lo studio dei corpi celesti è sempre stato caratterizzato dall’osservazione, ovvero della luce che ci perveniva dall’universo infinito. Col passare del tempo gli strumenti di osservazione si sono evoluti ottenendo via via prima telescopi con lenti sempre più precise fino a quelli in orbita intorno alla Terra e nello spazio, come ad esempio il Telescopio Hubble2). In tutti questi casi però il nostro modo di comprendere ed interpretare l’universo si è sempre basato sulla luce che ci proveniva e questo metodo è stato limitante per zone dove i corpi celesti non trasmettono informazione tramite la luce, che è una messaggera dello spazio profondo.

In questo contesto si può comprendere la grande importanza che ha avuto la scoperta delle onde gravitazionali, anch’esse previste nella relatività generale di Albert Einstein, che hanno permesso di vedere l’universo con occhi nuovi, oserei dire sentire l’universo.


Fig.2 Ricostruzione di un buco nero, qui è ben visibile l’orizzonte degli eventi.

Fatto sta che ciò che succede e cosa c’è una volta superato l’orizzonte degli eventi ancora non ci è dato saperlo. Non sappiamo se superato questo limite andiamo incontro ad una stella dai mille colori, una bambola giocatolo che balla Waka Waka, o (ma sì diciamocele tutte!) un pianeta piatto con il polo nord al centro e il polo sud tutto attorno che, una volta arrivato al confine, uscendo da una parte del disco si rientrerebbe dall’altra grazie all’effetto Pac-Man. La cosa sicura è che la massa interessata deve essere molto molto grande ed tutta concentrata in una zona limitatissima. Si stima che se un buco nero possedesse la massa di una galassia, l’orizzonte sarebbe situato a una distanza nell’ordine di 1013 Km dal centro. Se invece un buco nero avesse la massa del Sole, allora l’orizzonte disterebbe circa 3 Km dal centro. Infine, se un buco nero avesse la massa di una montagna, l’orizzonte sarebbe situato a 10-15m.

Andare al di là dell’orizzonte degli eventi rappresenta una sfida per fisici ed ingegneri. Da un certo punto di vista questo è il carburante delle ore piccole passate davanti ad un computer ad elaborare dati, o giorni passati davanti ad una lavagna, alle volte senza mangiare, tutti imbiancati di gesso. L’entusiasmo che ci prende è quello che prova un bambino la prima volta che alza lo sguardo all’insù e vede la volta celeste nelle sere d’estate in campagna. E’ vero è un traguardo arduo e l’obiettivo è lontano. Ma se è vero che noi siamo nani sulle spalle dei giganti è pur giusto cercare di dare il proprio affinché le prossime generazioni continuino sui nostri passi. La scienza alla fine è questo: collaboriamo e viviamo a stretto contatto con tutte le forze che, come noi, nel mondo rincorrono lo stesso sogno, aspettando un giorno che uno di noi gridi, lanciando i fogni degli appunti in aria, “EUREKA!”

  1. La velocità di fuga è, per definizione, la velocità minima che un oggetto deve avere in una certa posizione per potersi allontanare indefinitamente da un campo a cui è soggetto. Nel nostro caso il campo in questione è il campo gravitazionale del buco nero.
  2. La Nasa ora sta lavorando ad un nuovo telescopio spaziale, il Telescopio Spaziale James Webb, con una data di lancio prevista per il 30 Marzo 2021. Il telescopio ha come obbiettivo lo studio e l’analisi dei raggi infrarossi.

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