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Quanto è complicato un buco nero?

La curiosità del mese di dicembre 2008 a cura di Tomaso Belloni

Può una "stella di nutella" trasformarsi in un buco nero?

Come abbiamo discusso un paio di mesi fa (vedi curiosità del mese di ottobre 2008), un buco nero è sicuramente l’oggetto più esotico dell’universo.
Una grande quantità di massa (dieci volte la massa del nostro sole nel caso del risultato della morte di una stella, miliardi di volte nel caso del centro di una galassia) concentrata in un punto.
La sua forza di attrazione gravitazionale è così forte che nulla, nemmeno la luce può uscirne.

Per sua natura, un buco nero è un oggetto elusivo, un puntino nero su uno sfondo buio.
Questo però non esclude che se ne possano prevedere le caratteristiche sulla base di studi teorici.
La conoscenza moderna della fisica e soprattutto della teoria della relatività generale ci permettono di studiare le proprietà dei buchi neri in un certo dettaglio.
Chissà che calcoli complicati!
I calcoli sono in effetti molto complessi, ma il risultato non sempre lo è.
Nel caso di un buco nero, l’oggetto più esotico dell’universo si rivela anche essere l’oggetto più semplice dell’universo!

Immaginiamo un oggetto semplice: una sfera di ferro.
Pensiamo di doverla descrivere a qualcuno perchè possa realizzarne una assolutamente identica.
Dovremo indicare che si tratta di una sfera, di che raggio e di che materiale, ferro.
Però per riprodurne una identica dovremo anche analizzare la struttura interna della nostra palla per indicare chiaramente come sia fatta all’interno.
Poi dovremo specificare se contenga una carica elettrica, se sia magnetizzata o meno.
Insomma, per poterla riprodurre esattamente in modo che non sia distinguibile dall’originale, sono necessarie molte informazioni.
E questo è un oggetto semplice.
Per descrivere dettagliatamente un oggetto complesso come il computer su cui sto scrivendo questo testo sono necessari volumi di testo, e non si tratta di un oggetto poi tanto esotico nei primi anni del terzo millennio.

Un buco nero è molto più semplice.
Le sue proprietà sono soltanto tre: la sua massa, la sua carica elettrica e quanto stia ruotando (il cosiddetto "momento angolare"). Nient’altro.
Un buco nero stellare è il risultato del collasso di una stella.
Di cosa era fatta la stella? Di idrogeno? Di elio? Di ferro? Di nutella? Di antimateria?
Non ha importanza. Una volta che la stella è collassata, non farà nessuna differenza (peccato per tutta quella nutella sprecata).
Un buco nero di nutella e uno di idrogeno sono identici, se la loro massa, carica elettrica e momento angolare (e dagli... rotazione!) sono gli stessi.

Questo ci dice la teoria.
In pratica, nell’universo oggetti carichi di elettricità non la mantengono per molto, quindi un buco nero carico si scaricherebbe molto presto.
Possiamo assumere che i buchi neri esistenti attualmente non siano carichi: sono quindi descrivibili soltanto da due numeri: massa e momento di rotazione.

Da qui possiamo capire quali siano i tre obiettivi principali di chi va a caccia di buchi neri:

• scoprirne l’esistenza,
• misurarne la massa,
• misurarne la rotazione.