I misteri dei buchi neri – terza parte

Li abbiamo conosciuti dai film e racconti di fantascienza, gli astronomi li hanno cercati per decenni e finalmente li hanno “visti” e poi fotografati al centro della Via Lattea e nella galassia M87. Le fusioni di coppie di questi oggetti sono state osservate per la prima volta meno di dieci anni fa, grazie ai rilevatori di onde gravitazionali. Ma cosa sono davvero e cosa c’è al loro interno? Ecco tutto quel che c’è da sapere su questi mostruosi divoratori cosmici.

 

 

I buchi neri sono eterni? Oppure “muoiono” anche loro come tutte le stelle? E dopo quanto tempo? Alla fine della seconda parte, ci eravamo lasciati con questi interrogativi.

Stephen Hawking e Jacob Bekenstein si posero le stesse domande e, nella metà degli anni ’70, dimostrarono che effettivamente i buchi neri non durano per sempre.

La legge fondamentale della natura, una specie di principio primo assoluto, è che tutto ciò che è permesso dalle leggi fisiche accade, prima o poi.

Nessuno ha ma visto un uovo rotto sul pavimento ricomporsi, o il latte versato nel caffè separarsi completamente da esso dopo aver girato il cucchiaino: anche se non c’è alcuna legge fisica che lo proibisce, sono eventi con una probabilità di accadere molto bassa rispetto a tutte le altre combinazioni possibili di ciò che può succedere.

Le nnumerevoli possibilità con cui le molecole del latte si possono combinare con quelle del caffè è chiamata entropia, una sorta di misura del “disordine” di ogni evento naturale e, proprio per la bassissima probabilità di cui abbiamo parlato prima (mescolando un mazzo di carte è assai improbabile che queste si dispongano nell’esatto ordine crescente numerico e per seme), tale disordine aumenta nel tempo.

È un’altra legge fondamentale della natura: l’entropia aumenta al passare del tempo. Ma se i buchi neri inghiottono ogni cosa e non la restituiscono, ciò vìola proprio tale principio, facendo diminuire l’entropia dell’universo.

Da questo partirono Hawking e Bekenstein: risolvere questo apparente paradosso. Se in natura tutto ciò che può accadere accade, allora vuol dire che dal nulla possono anche crearsi particelle.

Queste non solo è vero teoricamente, ma è stato anche dimostrato sperimentalmente. Una copia di particelle, una di materia e l’altra di antimateria, prendono in prestito energia dal vuoto e si generano così dal nulla, annichilandosi poi tra loro e restituendo in questo processo l’energia iniziale.

Ma che succede quando ciò avviene in prossimità dell’orizzonte degli eventi? Ebbene, una delle due può finire risucchiata nel buco nero e, per rispettare il principio di conservazione dell’energia complessiva, la particella che è precipitata nel buco nero deve avere energia negativa (rispetto a un osservatore che si trovi lontano dal buco nero).

Così il buco nero perde massa emettendo radiazione (la particella non inghiottita), fino a che non “evapora” completamente. Tale radiazione è stata chiamata proprio di Hawking-Bekenstein e restituisce all’universo l’entropia perduta nel buco nero.

Ma quanto tempo ci vuole? Più un buco nero è piccolo, più evapora velocemente, quindi, per quelli di origine stellare, il tempo di evaporazione totale è di molto maggiore l’età dell’universo attuale (14 miliardi di anni).

In soldoni, significa che non c’è possibilità di vedere questo fenomeno, dato che i buchi neri formatisi da stelle o al centro delle galassie sono di gran lunga più giovani dell’universo stesso.

Però, la teoria del Big Bang prevede che al momento della nascita dell’universo, quando la densità della materia era molto elevata, possono essersi formati buchi neri “primordiali” dalla massa molto piccola (meno di quella delle particelle subatomiche) e questi dovrebbero dunque evaporare in poco tempo.

Possiamo quindi osservare la loro radiazione di Hawking-Bekenstein? Sfortunatamente no. Essa è così debole che è completamente offuscata dalla radiazione di fondo a microonde, una sorta di eco del Big Bang che pervade tutto l’universo e che copre quella dell’evaporazione dei buchi neri primordiali e degli altri.

In sostanza, sarebbe come voler osservare la luce di una candela davanti a un riflettore da stadio. Ecco il motivo per cui Hawking e Bekenstein non hanno ricevuto il Nobel: nonostante l’importanza della loro scoperta, essa rimane solamente teorica, perché non c’è modo di verificarla sperimentalmente, requisito fondamentale di ogni teoria scientifica per essere acclarata.