19/12/15

Si vede o non si vede? **

I buchi neri continuano a sorprendere e a creare paradossi e illusioni che coinvolgono gli stessi scienziati. Noi non possiamo ancora scendere nei dettagli, ma possiamo, comunque, cercare di inquadrare qualitativamente molti risultati che potrebbero essere considerati sorprese o assurdità. Prendo spunto da una recente scoperta che pone in primo piano una di queste situazioni molto ambigue. No, non voglio parlare di qualcosa di cui non abbiamo ancora le basi, ma proprio mostrare che senza basi otteniamo soltanto un forte … mal di testa.

Faccio in fretta a introdurre la scoperta scientifica, di per sé estremamente interessante. Essa cade anche a fagiolo, dato che abbiamo appena descritto la differenza di tipo puramente geometrico tra “blazar” e “quasar”, entrambi relativi a un unico oggetto chiamato Nucleo Galattico Attivo.

Abbiamo anche visto che in questi casi, spesso e volentieri, vengono sparati getti ad altissima energia che possono o non possono colpire direttamente l’osservatore. Sia che il getto parta o non parta, resta il fatto che il buco nero è circondato da una ciambella di materia composta di gas e polvere che cade verso di lui spiraleggiando.

Stiamo parlando del disco di accrescimento, oggetto celeste comune a moltissime altre creature cosmiche sia planetarie che stellari. Anche su questo abbiamo discusso a lungo e abbiamo evidenziato il fatto che quando l’Universo inventa un processo efficiente lo usa a tutte le scale.

Disco di accrescimento attorno a un buco nero galattico… a cosa ci fa pensare? Generalmente a un vero e proprio “tritacarne” che sgretola tutto e di più, utilizzando la propria forza gravitazionale e sua figlia “marea”. In questo contesto, il disco di accrescimento di un buco nero non differisce molto da quello di altri oggetti meno potenti e distruttivi. In fondo anche le stelle fanno così quando nascono e perfino, nel loro piccolo, i pianeti con i loro dischi alla “Saturno”. L’unica vera differenza potrebbero essere le dimensioni (anche di questo abbiamo parlato recentemente… accidenti quante cose abbiamo trattato in questo circolo!).

Fermiamoci un momento su un disco di accrescimento in cui lo spazio si comporti come siamo abituati a vederlo attorno a noi, poveri e limitati  terrestri.

Prendiamo una stella nascente e vediamola di taglio. Il disco è ancora piuttosto spesso e nasconde facilmente quello attorno a cui ruota. Ammettiamo ora che il disco non sia omogeneo e presenti zone più o meno dense. Il paragone va subito a un cielo nuvoloso terrestre. Tra una nuvola e l’altra riesce a spuntare il Sole e ci illumina.  Analogamente, se guardiamo un disco non omogeneo potremmo ogni tanto vedere la luce della stella nascosta al centro. La vediamo per un semplice fatto: la stella emette radiazione luminosa, ossia ci invia dei fotoni alle lunghezze d’onda che preferisce e che sono più o meno capaci di attraversare strati più o meno tenui di gas.

In fondo, capiterebbe lo stesso anche per un pianeta circondato da un disco abbastanza spesso. L’unica differenza sarebbe, in questo caso, che la luce sarebbe riflessa e non emessa. Comunque, resterebbe il fatto che meno nubi vorrebbero dire più luminosità.

Veniamo ora alla scoperta eseguita sul disco di accrescimento posto al centro di una galassia. Osservazioni accurate sono riuscite a dimostrare che questo disco è tutt’altro che omogeneo, ma è composto da grumi più o meno densi. Il che apre scenari interessanti sull’origine e sui modi di cattura della materia circostante il buco nero. Tuttavia, tralasciamo la notizia in sé, anche se di primo piano (avremo sempre tempo per ritornarci sopra). Il punto interessante salta all’occhio leggendo le note relative a questa scoperta: una frase che non viene afferrata subito nella sua stranezza. Si dice, infatti, che in certe zone del disco la luminosità (in varie lunghezze d’onda  e non solo nel visibile) aumenta quando la densità del disco è minore.

A titolo di esempio, riporto quella data da Media INAF (in questo caso non è certo un’accusa, ma una costatazione che appare più che ovvia): “Secondo il team di scienziati questo improvviso picco di raggi X ad alta energia è stato causato da una temporanea riduzione dello spessore del materiale che oscurava il buco nero. «E’ come in un giorno parzialmente nuvoloso e burrascoso, quando le nuvole si muovono rapidamente e coprono e scoprono il Sole rispetto alla nostra direzione di vista, lasciando così passare più o meno luce»”.

Beh… tutto bene, in modo simile alle stelle e ai pianeti… E no, cari amici! Un buco nero non emette luce, anzi la ingoia e quindi se non ci fosse materia davanti a lui NON si dovrebbe vedere niente: buio e non certo luce!

La faccenda si riesce ancora a spiegare in termini “normali” se si considera che la materia che precipita verso il buco nero si riscalda sempre più e quindi è capace essa stessa di emettere luce. Ma è veramente così semplice? No, no di certo. Per potere fare una descrizione completa e accurata non possiamo certo dimenticare che lo spaziotempo si incurva e che se il buco nero ruota fa ruotare anche lo spaziotempo (ho detto spaziotempo e non il disco di accrescimento che è qualcosa situato nello spaziotempo).

Qualcuno salterebbe subito all’esempio classico (e molto “pericoloso”) dell’imbuto che ingoia tutto e che sembra descrivere molto bene la cattura della luce (anche questo lo abbiamo discusso nei dettagli, cercate… cercate). Con questo modello bidimensionale si può anche visualizzare che non tutta la luce viene catturata, ma che qualche fotone riesce a “evadere” all’ultimo momento e decide di non suicidarsi. Ovviamente, la sua direzione è stata severamente cambiata e prosegue (o ritorna indietro) con inclinazioni più o meno grandi. In  fondo, è qualcosa di simile all’effetto lente appena trattato e che spiega tanto bene come l’effetto di curvatura non sia solo spaziale (croce di Einstein GEOMETRICA), ma anche temporale (il tempo impiegato cambia per ogni immagine).

Ne segue che la luce stessa “creata” dalla materia che accelera è costretta a vedersela con la curvatura dello spazio tempo e più è vicina all’orizzonte degli eventi e più è difficile che riesca a fuggire all’ultimo momento. Ripeto ancora: la luce non subisce la gravità, ma subisce la curvatura. D’altra parte, però, è proprio quella più vicina che può uscire con angolazioni decisamente strane. In altre parole potremmo vedere sia quella che geometricamente è diretta verso di noi, sia quella di zone altrimenti invisibili. Immaginate, ad esempio, un fotone che compie uno o più giri attorno al buco nero e poi se ne va come se avesse subito un effetto fionda.

A questo processo così ingarbugliato dobbiamo aggiungere anche il rallentamento del tempo per noi che siamo in un sistema di riferimento lontano e tranquillo. L’ultima luce che riesce a sfuggire ci raggiunge subito o impiega un tempo molto più lungo? Ricordiamo che il cono di luce di un fotone sull’orizzonte degli eventi è talmente piegato che può raggiungerci solo in un  tempo infinito.

Facciamo, quindi, una breve sintesi dei fenomeni che devono e/o possono accadere nei pressi di un buco nero.

La materia che cade può dare luogo a luce via via più forte a mano a mano che accelera e si avvicina alla singolarità. D’altra parte, però, essa inizia a essere curvata secondo le geodetiche ammesse dallo spaziotempo sempre più curvo. Molta di essa deve venire ingoiata e sparire, ma possiamo anche vederla come luce che arriva da ogni dove dall’intorno del buco nero, ossia “può rendere luminosa una zona ben più ampia di quanto previsto dalla fisica classica”. Se poi il buco nero ruota abbiamo anche l’esistenza di una specie di limbo dove i fotoni che sembrano persi per sempre riescono a uscire e puntare anche verso di noi (ergosfera).

Aggiungiamo, inoltre, che la luce giunge a noi sempre più tardi a causa del cono di luce che si piega. Per non parlare del redshift… Mamma mia, che caos.

A questo punto, risulta abbastanza evidente che capire esattamente se un buco nero si vede nero o si vede luminoso diventa un problema non certo solo per noi neofiti (ne abbiamo parlato poco tempo fa sintetizzando solo una parte del problema). Non spaventiamoci, perciò, se leggiamo che riuscendo a vedere tra le nuvole di un  disco di accrescimento si riesce a ottenere più luce, quando un ragionamento terra-terra ci porterebbe forse a dire che dovremmo vedere il nero del buco nero.

Sì, cari amici, possiamo anche divertirci a parlare di buchi neri e poi lanciarci in estrapolazioni fantascientifiche. Tuttavia, questo discorso così vago e che sembra dire tutto e il contrario di tutto, ci insegna che per cominciare davvero a intuire qualcosa su cosa capiti attorno a un buco nero (al di là delle solite frasi fatte) è un problema che abbisogna di basi di RR e RG ultra solide (e se poi lo vogliamo veder “sciogliere”, o non perdere tutta l’informazione, anche della MQ)

Beh… per quello che vale (in fondo ne abbiamo parlato ben poco) trovate QUI  l’articolo originale…

Anche le immagini artistiche non disdegnano di far vedere una luce intensa provenire da ciò che dovrebbe essere nero. Fonte: NASA/ESA
Anche le immagini artistiche non disdegnano di far vedere una luce intensa provenire da ciò che dovrebbe essere nero. Fonte: NASA/ESA

2 commenti

  1. La luce non subisce la gravità ma subisce una curvatura.Hai voluto sottolineare questa frase.Per facilitarmi la comprensione immediata mi raffiguravo un mare Machiano,dove a seconda della grandezza del pesce,l'acqua intorno a lui si modificava facendo scivolare o muovere gli oggetti a seconda del moto del pesce.In realtà lo spazio deve avere "sostanzialità" diversa perché se passasse un pesciolino piccolino nei dintorni di quello grande,ma con Massa doppia,lo spaziotempo si modificherebbe con distorsioni verso quest'ultimo. Una relazione tra Massa distribuita e Massa concentrata,l'una ha effetti soft sullo spaziotempo e l'altra più hard,come il calore di una stufa su uno stanzone e uno su uno sgabuzzino. :?:

  2. caro Gianni,
    il problema è che ciò che conta nella distorsione è la densità della materia, più che la massa in sé. Se il Sole si concentrasse in pochi centimetri sarebbe un buco nero, mentre com'è adesso non lo è. In fondo, vale sempre la legge di Newton: nella forza conta la massa, ma anche l'inverso della distanza. A parità di massa, ciò che conta per distorcere lo spaziotempo è la densità. Il pesce piccolo deforma più di quello grande se la sua massa è maggiore, dato che gli passi più vicino... e la distanza diminuisce.

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