Presentazione dell'articolo "Questionable black hole"
Traduzione francese:
Dubitando l'esistenza dei buchi neri.
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Autori:
Jean-Pierre Petit, Osservatorio di Marsiglia Pierre Midy, CRI d'Orsay.
Questo lavoro rappresenta l'apice di dieci anni di sforzi. Da 30 anni gli astrofisici non fanno che parlare di "buchi neri". La parola affascina il pubblico. Molti libri sono stati dedicati a questo argomento. Tuttavia mancano le conferme osservative: i buchi neri "brillano per la loro assenza". Eppure sappiamo che l'universo è vasto. La sola nostra galassia contiene almeno 100 a 200 miliardi di stelle.
L'esistenza di certi oggetti è stata rivelata dall'osservazione, ad esempio quella dei quasar. Ne conosciamo ormai più di quattromila. Questo non vuol dire che sappiamo esattamente cosa siano questi oggetti, come si formino, come evolvano e qual sia la loro durata di vita. In realtà non sappiamo nulla di loro. Sono semplicemente catalogati, come un tempo le "nebulose", nel periodo dell'astronomo Messier.
Apparentemente, alcuni quasar abitano al centro di strutture con forma di galassia. Queste galassie hanno quindi "un nucleo attivo", il che vuol dire tutto e niente insieme, poiché non sappiamo nulla della natura di questa attività, ad esempio qual è la fonte di energia.
L'astrofisica contemporanea sembra accontentarsi poco. Alla domanda:
- Cosa è un quasar?
L'astrofisico risponderà:
- È il nucleo di una galassia attiva.
E alla domanda:
- Cosa è una galassia attiva?
Risponderà:
- È una galassia che possiede un quasar al suo centro.
Più recentemente, alcuni anni fa, sono stati scoperti i "lampi gamma", un per giorno. La rivista Ciel et Espace titolò un giorno in copertina "I lampi gamma: un enigma finalmente risolto". Risposta, nelle colonne del giornale: si era appena localizzata una piccola macchia luminosa al posto di un lampo gamma appena rilevato. Capire: risolvere un enigma significa sapere che le zone del cielo che emettono questi lampi sono anche emittenti di luce...
Non è forse un po' ... povero?
Al contrario, esistono altri oggetti i cui l'esistenza è stata ipotizzata, spesso con molta precisione, anche prima che fossero osservati. L'esempio tipico è la supernova, descritta già nel 1931 dall'astrofisico americano (di origine svizzera) Fritz Zwicky, durante una celebre conferenza tenuta al Caltech, USA. Zwicky spiegò allora che le stelle sufficientemente massicce, la cui massa supererebbe diciamo venti masse solari, dovrebbero conoscere una fine parossistica, con un aumento di potenza in pochi giorni, il fenomeno completo si estende su una ventina di giorni. Era una previsione del tutto notevole, sebbene non fosse presa sul serio a quell'epoca. Ma Zwicky, tenace, scoprì le prime supernove. Ne sono attualmente registrate diverse centinaia. Lo stesso vale per le stelle di neutroni, identificate successivamente nei pulsar (stelle di neutroni in rotazione) e per le nane bianche. Anche in questo caso il bestiario, la specie conta diverse centinaia di individui identificati.
Il buco nero è stato proposto come risposta a un problema: il destino di una stella di neutroni che supera una certa "massa critica". Queste stelle di neutroni, una volta identificate, somiglierebbero a enormi nuclei di atomi, privi di protoni. Perché questi oggetti sono costituiti esclusivamente di neutroni?
Si considera la stella di neutroni come ciò che resta del nucleo di ferro di una stella massiccia, dopo che questa è esplosa. Una stella massiccia è una stella in cui si verificano numerosi tipi di reazioni di fusione, durante la sua storia. Finisce per produrre ferro, che non può più partecipare a nessuna reazione di fusione esotermica. Questo ferro, pesante, cade quindi al centro della stella, come la cenere in un caminetto. Quando la stella si trova improvvisamente senza carburante di fusione (ciò che aveva compreso Zwicky), si collassa su se stessa a 80.000 chilometri al secondo (a qualche chilometro al secondo vicino, ovviamente). Cadendo sul nucleo di ferro, questo gas viene fortemente compresso. Non solo rimbalza su di esso, ma durante il passaggio si verificano numerose reazioni di fusione, che non hanno più bisogno di essere esotermiche, poiché l'energia proviene allora dalla contrazione brusca della stella su se stessa. Tutte le specie nucleari possibili e immaginabili vengono create, tra cui molti atomi radioattivi, con durate di vita molto variabili. Si sa che nel 1987 l'osservazione dell'esplosione della stella Sanduleak, nel nuvolo di Magellano, ha fornito una conferma definitiva all'esistenza di tali fenomeni (a soli 150.000 anni luce di distanza).
Il fenomeno schiaccia completamente il nucleo di ferro disgregando i suoi atomi. Questo si trova così compresso su se stesso che gli elettroni non hanno più spazio sufficiente per muoversi tra i nucleoni. Intrappolati, si combinano con i protoni dando neutroni e neutrini.
Normalmente, quando si comprime un gas, un fenomeno chiamato pressione si oppone a questa compressione. Vale anche per un liquido o un solido (tutto è compressibile). Questo accade, ad esempio, quando una giovane stella nasce. La proto-stella è una massa di gas che si comprime su se stessa. Ma si riscalda e la forza di pressione limita la sua contrazione. È un cattivo emettitore e dovrà perdere energia per irraggiamento (infrarosso) prima di poter comprimersi abbastanza per trasformarsi in una vera stella. A meno che la sua massa non sia insufficiente, nel qual caso diventerà "un grosso Giove" (questo pianeta gigante continua a irradiare più energia di quanta ne riceva dal Sole, ma non si trasformerà mai in una stella).
Quando l'esplosione della supernova comprime il nucleo di ferro, questo espelle la sua energia emettendo una fantastica quantità di ... neutrini. Lì, lo scenario cambia del tutto: il raffreddamento radiativo è istantaneo, poiché i neutrini riescono facilmente a fuggire. Quindi non c'è forza di contropressione. Il pezzo di ferro si schiaccia miseramente. Resta un mucchio di neutroni, impilati gli uni sugli altri, come giapponesi nel loro metrò durante l'ora di punta.
Perché una massa critica? Perché i neutroni non possono sopportare una pressione superiore a un valore massimo. Come lampadine impilate in un pozzo di miniera. Oltre una certa altezza di lampadine, il vetro si rompe e un nuvolo di vetro rotto si sfracella sul fondo del pozzo.
Quando una stella di neutroni ha una massa che supera di poco due volte la massa del Sole, la sua pressione al centro diventa troppo forte. I neutroni non riescono più a sopportarla. Allora dovrebbe collassare su se stessa senza che alcun fenomeno fisico noto possa contrastare questo collasso, questo "collasso gravitazionale". Prospettiva angosciosa per un fisico.
Prima che si collassi, una stella di neutroni è "relativistica", in opposizione a un "oggetto newtoniano". Questo si traduce nell'aspetto delle traiettorie di "particelle-test" vicino (una massa m qualsiasi, un atomo, ad esempio). Si sa che il fenomeno di curvatura dello spazio-tempo causa una precessione dell'orbita ellittica di Mercurio. Ma questa precessione è minima. Al contrario, il disegno seguente, estratto da calcoli al computer, mostra una forte precessione di una traiettoria quasi ellittica aut...