Un buccu neru he un righjonu di u spaziutempu induva a gravita he cusi forti chi nienti, cumpresu a luci o l'altri ondi elettrumagnetichi, un ha abbastanza energia pa scappa da u so orizonti di l'avvinimenti. ^[1] A tiuria di a rilativita generali privedi chi una massa abbastanza cumpatta po sfurma u spaziutempu pa furma un buccu neru. A limita di l'impussibilita di scappa he chjamata l'orizonti di l'avvinimenti. Bench'e eddu aghji un grandi effettu annantu a a sorti e i circustanzi di un ughjettu chi l'attraversa, un ha micca carattaristichi idantifichevuli lucalamenti siont'e a rilativita generali. In bon parechji rispetti, un buccu neru si cumporta com'e un corpu neru ideali, apposta ch'eddu un rispechja nisciuna luci. Di piu, a tiuria quantica di i campi in un spaziutempu curvatu pridisci chi l'orizonti di l'avvinimenti emettini un irraghjamentu di Hawking, incu listessu spettru ch'e un corpu neru di una tampiratura invirsamenti prupurziunali a a so massa. 'Ssa tampiratura he di l'ordini di miliardesimi di kelvin par i bucchi neri stiddari, cio chi a rendi par u piu impussibuli a ussirva dirittamenti. L'ughjetti chi i so campi gravitaziunali so troppu putenti da chi a luci possi scappa so stati cunsidarati par a prima volta a u 18esimu seculu da John Michell e Pierre-Simon Laplace. In 1916, Karl Schwarzschild ha truvatu a prima suluzioni muderna di a rilativita generali chi carattarizaria un buccu neru. David Finkelstein, in 1958, ha publicatu pa a prima volta l'intarpritazioni di u buccu neru com'e un righjonu di u spaziu chi nienti un ni po scappa. I bucchi neri so a longu stati cunsidarati com'e una curiusita matematica. Un he ch'e in u 1960 ch'e i travagli tiorichi ani musciatu ch'eddi custituisciani una predizzioni generica di a rilativita generali. A scuparta di i steddi di neutrona da Jocelyn Bell Burnell in 1967 ha suscitatu l'intaressu par l'ughjetti cumpatti in modu gravitaziunali fraiati in quant'e rialita astrufisica pussibuli. U prima buccu neru cunnisciutu he Cygnus X-1, idantificatu da parechji circadori indipindamenti in 1971. I bucchi neri di massa stiddari si formani quandu steddi massicci si fraiani a a fini di u so ciculu di vita. Dopu a a so furmazioni, un buccu neru po crescia assurbiscendu a massa di u so ambienti. I bucchi neri suparmassivi di milioni di massi sularii (M?) poni furma si assurbiscendu altri steddi e aduniscendu si incu altri bucchi neri. Esisti un cunsensu annantu a l'esistenza di bucchi neri suparmassivi in u centru di a maio parti di i galassii.

A prisenza di un buccu neru po essa didutta da a so interazzioni incu altri materii e incu l'irraghjamentu elettrumagneticu tali a luci visibuli. Ogni materia chi casca annantu a un buccu neru po furma un discu d'accrizioni esternu scaldatu da a frizzioni, furmendu cusi quasari, fra l'ughjetti i piu lampanti di l'universu. I steddi chi passani troppu a vicinu a un buccu neru suparmassivu poni essa frastagliati in bandiretti chi lucicheghjani furtissimu prima di essa inghjotti. S'e altri steddi graviteghjani di tondu a un buccu neru, i so orbiti poni ditarmina a massa e a lucalizazioni di u buccu neru. Tali ussirvazioni poni essa apradati par escluda evintuali altirnativi tali i steddi di neutrona. Di 'ssa manera, l'astrunomi ani idantificatu numarosi candidati a u buccu neru stiddari in sistemi binarii e ani stabulitu chi a fonti radiu cunnisciuta sottu u nomu di Sagittarius A*, a u cori di a galassia di a Via lattea, cunteni un buccu neru suparmassivu di circa 4,3 milioni di massi sularii. L'11 frivaghju 2016, a cullaburazioni scentifica LIGO e a cullaburazioni Virgo ani annunciatu a prima ditezzioni diretta d'ondi gravitaziunali, raprisintendu a prima ussirvazioni di una funditura di bucchi neri. U 10 aprili 2019, a prima imaghjina diretta di un buccu neru e di a so vicinanza he stata publicata, in seguitu a l'ussirvazioni rializati da u telescopiu Event Horizon (EHT) in 2017 di u buccu neru suparmassivu di u centru galatticu di Messier 87. In 2021, u corpu cunnisciutu u piu prossimu cunsidaratu com'e un buccu neru si truvava a circa 1500 anni luci (460 parsec) (veda a lista di i bucchi neri i piu prossimi). Bench'e sultantu uni pochi di dicini di bucchi neri fussini stati scuparti insin'ad ava in a Via lattea, si pensa ch'eddu ni esisti cintunari di milioni, chi a forza parti so sulitarii e un pruvucheghjini micca emissioni d'irraghjamentu. Par via di cunsiquenza, un sariani idantifichevuli ch'e par mezu di a lintichja gravitaziunali.

Storia [ mudifica | edita a fonte ]

L'idea di un corpu cusi grandi chi ancu a luci un pudaria scappa ni he stata brivamenti pruposta da u piunieri di l'astrunumia e ecclesiasticu inglesu John Michell in una lettara publicata di nuvembri 1784. I calculi simplicisti di Michell suppuniani chi un certu corpu pudaria ave listessa dinsita chi u Soli, e cunchjudiani chi un certu corpu si furmaria quandu u diamitru di una stedda varca quiddu di u Soli di un fattori 500, e chi a so vilucita di fughjita in suparficia varca a vilucita solita di a luci. Michell ha chjamatu 'ssi corpi steddi bughji. Ha nutatu a ghjustu titulu chi tali corpi suparmassivi ma micca raghjanti pudariani essa individuati da i so effetti gravitaziunali annantu a i corpi visibuli prossimi. I circadori di l'ebbica so prima stati intusiasmati da a pruposta siont'e a quali i steddi bughji giganti ma invisibuli pudiani piatta si a a vista di tutti, ma l'entusiasmu he cascatu quandu a natura undulatoria di a luci he divintata evidenti a u principiu di u XIXu seculu. Difatti, s'e a luci era un'onda innanzi ca una particula, a parsona un sapia micca chi influenza, in casu mai, a gravita avaria annantu a l'ondi luminosi chi scappavani. A fisica muderna scriditeghja l'idea di Michell siont'e a quali un raghju luminosu partaria dirittamenti da a suparficia di una stedda suparmassiva, saria rallintita da a gravita di a stedda, si arristaria, eppo cascaria in caduta libara a a suparficia di a stedda.

Rilativita generali [ mudifica | edita a fonte ]

In 1915, Albert Einstein sviluppa a so tiuria di a rilativita generali, dopu a ave dimustratu chi a gravita influenza u muvimentu di a luci. Solu uni pochi di mesa dopu, Karl Schwarzschild trova una suluzioni di l'equazioni di u campu di Einstein chi discrivi u campu gravitaziunali di una massa puntuali e di una massa sferica. Uni pochi di mesa dopu a Schwarzschild, Johannes Droste, un elevu di Hendrik Lorentz, da indipindamenti listessa suluzioni pa a massa puntuali e scrivi piu a longu annantu a i so prubita. 'Ssa suluzioni avia un cumpurtamentu particulari a cio ch'e omu chjama oghji u raghju di Schwarzschild, induv'eddu divintava singulari, cio chi significheghja chi certi di i termini di l'equazioni di Einstein divintavani infiniti. A natura di 'ssa suparficia un era micca da veru capita a l'ebbica. In 1924, Arthur Eddington ha musciatu chi a singularita sparia dopu a un cambiamentu di cuurdinati (veda cuurdinati di Eddington-Finkelstein), bench'e fi fussi vulsutu a aspitta l'annu 1933 chi Georges Lemaitre rializeghji ch'e quissa significava chi a singularita a u raghju di Schwarzschild era una singularita di cuurdinati micca fisica. Arthur Eddington ha eppuri cummintatu a pussibilita di una stedda chi a so massa he cumprimata a u raghju di Schwarzschild in un libru publicatu in 1926, nutendu chi a tiuria di Einstein un parmetti d'escluda dinsita troppu impurtanti par steddi visibuli com'e Betelgeuse, chi una stedda di 250 milioni di km di raghju un pudaria micca ave una dinsita tantu alta ca quidda di u Soli. Prima, a forza di gravitazioni saria cusi grandi chi a luci un pudaria scappa si ni, i raghji caschendu annantu a a stedda com'e una petra annantu a a terra. Sicundamenti, u spustamentu versu u rossu di i linii spittrali saria cusi impurtanti chi u spettru sparisciaria. Terzamenti, a massa pruduciaria una certa incurvatura di a metrica di u spaziutempu chi u spaziu si chjudaria di tondu a a stedda, lascendu ci fora (veni a di indocu).

In 1931, Subrahmanyan Chandrasekhar ha calculatu, usendu a rilativita ristrinta, chi un corpu non rutativu di materia dighjanarata in elittrona sopra a una certa massa limita (oghji chjamata limita di Chandrasekhar a 1,4 M) un ha micca suluzioni stabuli. I so argumenti so stati cumbattuti da bon parechji di i so cuntimpuranei, com'e Eddington e Lev Landau, chi sustiniani chi un miccanisimu scunnisciutu arristaria l'affundamentu. Aviani in parti a raghjoni : una nannara bianca appena piu massiccia chi a limita di Chandrasekhar si sfundara in una stedda di neutrona, edda stessa stabuli. Ma in 1939, Robert Oppenheimer e altri ani priditu chi i steddi di neutrona varchendu un'antra limita (a limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff) si fraiariani di piu par i raghjoni prisintati da Chandrasekhar, e ani cunchjusu chi nisciuna leghji di a fisica un era suscittibuli d'intarvena e d'impidiscia omancu certi steddi di fraia si in bucchi neri. I so calculi iniziali, basati annantu a u principu d'esclusioni di Pauli, a valutavani a 0,7 M. A presa in contu ultiriori di a ripulsioni neutronu-neutronu mediata da a forza forti ha purtatu l'estimu a a l'incirca 1,5 M a 3,0 M. L'ussirvazioni di a funditura di steddi di neutrona GW 170817, chi si pensa ch'edda ha inghjiniratu un buccu neru pocu dopu, ani affinatu l'estimu di a limita TOV a 2,17 M. Oppenheimer e i so cuautori ani intarpritatu a singularita a a limita di u raghju di Schwarzschild com'e indichendu ch'eddu si trattava di a limita di una bodda in a quali u tempu si he arristatu. He un puntu di vista valevuli par l'ussirvatori stiriori, ma micca par l'ussirvatori interni. Par causa di 'ssa prubita, i steddi fraiati so stati chjamati steddi ghjilati, chi un ussirvatori stiriori vidaria a suparficia di a stedda intustata a u mumentu dundi u so affundamentu a porta a u raghju di Schwarzschild.

L'ita d'oru [ mudifica | edita a fonte ]

In 1958, David Finkelstein identificheghja a suparficia di Schwarzschild com'e un orizonti di l'avvinimenti, una piddanzica unidirizziunali parfetta : l'influenzi causali un poni attravirsa la ch'e in un sensu solu. Quissa un cuntradisci micca strittamenti i risultati d'Oppenheimer, ma i stendi par inchjuda u puntu di vista di l'ussirvatori in caduta libara. A suluzioni di Finkelstein ha stesu a suluzioni di Schwarzschild par u futuru di l'ussirvatori caschendu in un buccu neru. Un'estinsioni cumpletta era dighja stata truvata incu Martin Kruskal, chi he stata incitatu a publica la. 'Ssi risultati ani marcatu u principiu di l'ita d'oru di a rilativita generali, chi ha vistu a rilativita generali e i bucchi neri divinta sughjetti di ricerca currenti. 'Ssu prucidimentu he stata favuritu da a scuparta di i pulsari da Jocelyn Bell Burnell in 1967, chi, in 1969, si so svilati essa steddi di neutrona in rutazioni rapita. Insin'a 'ss'ebbica, i steddi di neutrona, com'e i bucchi neri, erani cunsidarati com'e simplici curiusita tiorichi. Ma a scuparta di i pulsari ha musciatu a so pertinenza fisica ed ha suscitatu un intaressu supplemintariu par tutti i tipi d'ughjetti cumpatti chi pudariani essa furmati da sfundamentu gravitaziunali. Mentri 'ssu periudu, suluzioni piu generali di bucchi neri so stati truvati. In 1963, Roy Kerr ha truvatu a suluzioni asatta par un buccu neru in rutazioni. Dui anni dopu, Ezra Newman ha truvatu a suluzioni asisimetrica pa un buccu neru a tempu in rutazioni e carcu elettricamenti. Grazia a i travagli di Werner Israel, Brandon Carter e David Robinson, u tiurema di l'assenza di capeddi he apparsu, affirmendu chi a suluzioni di un buccu neru staziunariu he a l'intuttu discritta da i tre parametri di a metrica di Kerr-Newman : massa, attimu angulari e carica elettrica. A u principiu, he statu suspittatu chi i carattaristichi strani di i suluzioni di bucchi neri erani artefatti patulogichi duvuti a i cundizioni di simitria imposti, e chi i singularita un apparisciariani micca in situazioni generichi. 'Ssu puntu di vista he statu difesu in particulari da Vladimir Belinsky, Isaak Khalatnikov e Evgeny Lifshitz, chi ani tentatu di pruva chi nisciuna singularita un apparisci in i suluzioni generichi. Eppuri, a a fini di u 1960, Roger Penrose e Stephen Hawking ani apradatu tecnichi glubali pa pruva chi i singularita appariscini di manera generica. Pa 'ssi travagli, Penrose ha ricivutu a mita di u premiu Nobel di fisica di 2020, Hawking essendu mortu in 2018. Partendu da ussirvazioni rializati a Greenwich e a Torontu a u principiu di u 1970, Cygnus X- 1, una fonti galattica di raghji X scuparta in 1964, he divintatu u prima ughjettu astrunomicu cumunamenti ammissu com'e essendu un buccu neru. I travagli di James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter e Hawking a u principiu di u 1970 ani cunduttu a a furmulazioni di a termudinamica di i bucchi neri. 'Ssi leghji discrivini u cumpurtamentu di un buccu neru in stretta analugia incu i leghji di a termudinamica cullighendu a massa a l'energia, a suparficia a l'entrupia e a gravita di suparficia a a tampiratura. L'analugia he stata cumplittata quandu Hawking, in 1974, ha musciatu chi a tiuria quantica di i campi implicava chi i bucchi neri diviani raghja com'e un corpu neru, incu una tampiratura prupurziunali a a gravita di suparficia di u buccu neru, pridiscendu cusi l'effettu cunnisciutu oramai sottu u nomu di radiazioni di Hawking.

Etimulugia [ mudifica | edita a fonte ]

John Michell ha apradatu u termini stedda nera in una lettara mandata di nuvembri 1783 a Henry Cavendish, e a u principiu di u 20u seculu, i fisichi ani usatu u termini ughjettu in modu gravitaziunali sfundatu. U scrittori scentificu Marcia Bartusiak faci ricudda u termini buccu neru a u fisicu Robert H. Dicke, chi, a u principiu di l'anni 1960, avaria paragunatu u finominu a u Buccu neru di Calcutta, nutoriamenti cunnisciutu com'e una prighjo induva la ghjenti intriani ma un isciani mai vivi. U termini buccu neru he statu usatu in a stampa da i rivisti Life e Science News in 1963, e da a ghjurnalista scentifica Ann Ewing in u so articulu Black Holes in Space , datatu di u 18 ghjinnaghju 1964, chi era un rapportu annantu a una riunioni dil'American Association for the Advancement of Science tinuta a Cleveland, Ohio. Di dicembri 1967, un studianti avaria sughjiritu a sprissioni buccu neru a u mumentu di una cunfarenza di John Wheeler. Wheeler ha aduttatu u termini par a so brevita e u so valori publicitariu, e si he prestu spartu, cio chi ha cunduttu certi a attribuiscia a Wheeler a paternita di a sprissioni.

Prubita e struttura [ mudifica | edita a fonte ]

U tiurema di l'assenza di capeddi pustuleghja chi, una volta ch'eddu ha aghjuntu un statu stabuli dopu a a so furmazioni, un buccu neru un pussedi ch'e tre prubita fisichi indipindenti : a massa, a carica elettrica e l'attimu angulari. U buccu neru he par altru spruvistu di carattaristichi. S'e a cungittura he vera, dui bucchi neri chi spartini listessi valori pa 'ssi prubita, o parametri, so impussibuli da distingua l'unu da l'altru. A misura in a quali a cungittura he vera pa i bucchi neri riali sottu a i leghji di a fisica muderna he attualmenti un prublema non risoltu. 'Ssi prubita so spiciali chi so visibuli da u stiriori di un buccu neru. Par indittu, un buccu neru carcu rispinghji l'altri carichi simili com'e n'importa chi ughjettu carcu. Listessa, a massa tutali indrentu a una sfera cuntinendu un buccu neru po essa truvata usendu l'analogu gravitaziunali di a leghji di Gauss (a traversu a massa ADM), luntanu da u buccu neru. Listessa, l'attimu angulari (o spin) po essa misuratu da luntanu apradendu l'addistramentu di u quatru da u campu gravitumagneticu, a traversu par indittu l'effettu Lense-Thirring. Quandu un ughjettu casca in un buccu neru, ogni infurmazioni cuncirnendu a forma di l'ughjettu o a ripartizioni di a carica annantu a quistu he unifurmamenti scumpartuta longu a l'orizonti di u buccu neru, ed he persa par l'ussirvatori stiriori. U cumpurtamentu di l'orizonti in 'ssa situazioni he un sistemu dissipativu chi he strittamenti analogu a quiddu di una piddanzica cunduttrici stinzevuli incu frizzioni e risistenza elettrica - u paradigmu di a piddanzica. Quissa he diffarenti da altri tiurii di i campi tali l'elettrumagnetisimu, chi un ani micca frizzioni o risistivita a u liveddu micruscopicu, chi so riversibili in u tempu. Datu chi un buccu neru finisci par aghjunghja un statu stabuli incu solu tre parametri, un ci he nisciunu mediu d'evita di perda infurmazioni annantu a i cundizioni iniziali : i campi gravitaziunali e elettrichi di un buccu neru dani mori pochi infurmazioni annantu a cio chi ci he intrutu. L'infurmazioni persi cumprendini tutti i quantita chi un poni essa misurati luntanu da l'orizonti di u buccu neru, cumpresu i numari quantichi apprussimativamenti cunsirvati tali u numaru tutali di bariona e u numaru di liptona. 'Ssu cumpurtamentu he cusi stranu ch'eddu he statu chjamatu u paradossu di a perdita d'infurmazioni di u buccu neru.

Orizonti di l'avvinimenti [ mudifica | edita a fonte ]

A carattaristica principali di un buccu neru he l'apparsa di un orizonti di l'avvinimenti - una limita di u spaziutempu a traversu a quali a materia e a luci un poni passa ch'e versu l'internu, versu a massa di u buccu neru. Nienti, mancu a luci, un po scappa di l'internu di l'orizonti di l'avvinimenti L'orizonti di l'avvinimenti he chjamatu cusi chi s'e un avvinimentu si pruduci indrentu a a limita, l'infurmazioni di 'ss'avvinimentu un po micca aghjunghja un ussirvatori stiriori, cio chi rendi impussibuli a ditarmina s'e un certu avvinimentu si he produttu. Com'edda a privedi a rilativita generali, a prisenza di una massa sforma u spaziutempu di tali manera chi i traghjittorii impristati da i particuli si incurvani versu a massa. A l'orizonti di l'avvinimenti di un buccu neru, 'ssa difurmazioni diventa cusi forti ch'un esisti nisciuna traghjittoria chi s'alluntana da u buccu neru. Pa un ussirvatori alluntanatu, i ruloghji prossimi da un buccu neru simbrariani fa un ticchitaccu piu lentu ca quiddi piu alluntanati da u buccu neru. Par via di 'ss'effettu, cunnisciutu sottu u nomu di dilatazioni gravitaziunali di u tempu, un ughjettu caschendu in un buccu neru sembra ralintiscia a misura ch'eddu s'avvicina di l'orizonti di l'avvinimenti, pigliendu un tempu infinitu pa aghjunghja lu. A listessu tempu, tutti i prucessi di stu ughjettu ralintiscini, da u puntu di vista di un ussirvatori stiriori fissu, cio chi faci chi ogni luci emissa da l'ughjettu pari piu rossa e piu debuli, un effettu cunnisciutu sottu u nomu di spustamentu versu u rossu gravitaziunali. Di regula, 'ssu prucessu si svoglii mori prestu, un ughjettu spariscendu di a vista in menu di una siconda. Inveci, l'ussirvatori indistruttibuli chi cascani in un buccu neru un rimarcani nisciunu di 'ssi effetti quand'eddi attraversani l'orizonti di l'avvinimenti. Siont'e i so probbii ruloghji, chi li sembrani fa un ticchitaccu nurmali, attraversani l'orizonti di l'avvinimenti dopu a un tempu finitu senza nuta cumpurtamentu singulari. In rilativita generali classica, he impussibuli di ditarmina a lucalizazioni di l'orizonti di l'avvinimenti a parta da ussirvazioni lucali, in raghjoni di u principu d'equivalenza d'Einstein. A tupulugia di l'orizonti di l'avvinimenti di un buccu neru a l'equilibriu he sempri sferica. Par i bucchi neri chi un vogliini micca (statichi), a giumitria di l'orizonti di l'avvinimenti he pricisamenti sferica, mentri chi pa i bucchi neri chi vogliini, l'orizonti di l'avvinimenti he tondu e sciacciatu.

Singularita [ mudifica | edita a fonte ]

In u centru di un buccu neru, tali ch'eddu he discrittu da a rilativita generali, si po truva una singularita gravitaziunali, un righjonu induva l'incurvatura di u spaziutempu diventa infinita. Par un buccu neru chi un he micca rutativu, 'ssu righjonu piglia a forma di un puntu singulu. Par un buccu neru rutativu, he sparta pa furma una singularita anniddari chi si trova in u pianu di rutazioni. In i dui casi, u righjonu singulari ha un vulumu nullu. Si po ancu muscia chi u righjonu singulari cunteni tutta a massa di a suluzioni di u buccu neru. U righjonu singulari po dunqua essa cunsidaratu com'e avendu una dinsita infinita. L'ussirvatori chi cascani in un buccu neru di Schwarzschild (veni a di micca rutativu e micca carcu) un poni evita d'essa purtati in a singularita una volta ch'eddi ani francatu l'orizonti di l'avvinimenti. Poni prulunga u sperimentu accilirendu pa ralintiscia a so falata, ma sultantu sinu a una certa limita. Quand'eddi aghjunghjini a singularita, so sfracicati a una dinsita infinita e a so massa s'aghjunghji a quidda di u buccu neru. Prima chi quissa un si pruduci, sarani stati sdrisgiuti da i forzi di marea criscenti in un prucessu calchi volta chjamatu spaghettificazioni. In u casu di un buccu neru carcu (Reissner-Nordstrom) o in rutazioni (Kerr), he pussibuli d'evita a singularita. Purtendu 'ssi suluzioni tantu luntanu ch'eddu he pussibuli, omu scopri a pussibilita iputetica d'escia da u buccu neru in un antru spaziutempu, u buccu neru agiscendu com'e un tafonu di varmu. A pussibilita di viaghja in un antru universu un he eppuri ch'e tioricu apposta chi ogni pirturbazioni distrughjaria 'ssa pussibilita. Pari ancu pussibuli di suvita curvi timpurali chjusi (ritornu a u so probbiu passatu) di tondu a a singularita di Kerr, cio chi caghjuneghja prublemi di causalita com'e u paradossu di u missiavu. S'aspetta a cio ch'e nisciunu di 'ssi effetti particulari un sopravvivi in un trattamentu quanticu apprupriatu di i bucchi neri in rutazioni e carchi. L'apparsa di singularita in a rilativita generali he di regula parcipita com'e signalendu l'affundamentu di a tiuria. 'Ss'affundamentu, eppuri, he aspittatu. Si pruduci in una situazioni induva l'effetti quantichi divariani discriva 'ss'azzioni, par via di a dinsita estremamenti elevata e dunqua di l'interazzioni tra particuli. A i ghjorna d'oghji, un he micca statu pussibuli di cumbina l'effetti quantichi e gravitaziunali in una sola tiuria, bench'e eddi esistini tentativi di furmulazioni di una certa tiuria di a gravita quantica. A parsona s'aspetta generalamenti a cio ch'e una certa tiuria un prisenta nisciuna singularita.

Sfera di futona [ mudifica | edita a fonte ]

A sfera di i futona he una limita sferica di spissori nullu in a quali i futona chi si cullocani annantu a i tangenti a 'ssa sfera sariani intrappulati in una orbita circulari di tondu a u buccu neru. Pa i bucchi neri non rutativi, a sfera di i futona ha un raghju uguali a 1,5 volti u raghju di Schwarzschild. I so orbiti sariani dinamicamenti instabuli, di versu e di manera chi ogni piccula pirturbazioni, tali una particula di materia intrenti, pruvucaria un'instabulita chi s'accintuaria incu u tempu, piazzendu u futonu annantu a una traghjittoria versu u stiriori chi u faria scappa da u buccu neru, o annantu a una spirala versu l'internu induv'eddu finisciaria par attravirsa l'orizonti di l'avvinimenti. S'e a luci po sempri scappa di a sfera di i futona, ogni luci chi attraversa a sfera di i futoni annantu a una traghjittoria intrenti sara catturata da u buccu neru. Par via di cunsiquenza, ogni luci chi aghjunghji un ussirvatori stiriori a parta da a sfera di i futona devi essa stata emissa da ughjetti situati tra a sfera di i futona e l'orizonti di i avvinimenti. Par un buccu neru di Kerr, u raghju di a sfera di i futona dipendi da u parametru di rutazioni e da i dittagli di l'orbita di u futonu, chi po essa prugrada (u futonu ghjira in listessu sensu chi a rutazioni di u buccu neru) o ritrugrada.

Ergusfera [ mudifica | edita a fonte ]

L'ergusfera he un righjonu a u fora di l'orizonti di l'avvinimenti, induva l'ughjetti un poni micca firma in piazza. I bucchi neri in rutazioni so circundati da un righjonu di u spaziutempu in u quali eddu he impussibuli di firma immobili, chjamatu l' ergusfera . He u risultatu di un prucessu cunnisciutu sottu u nomu di strascinamentu di quatru. A rilativita generali pridisci chi ogni massa in rutazioni avara pindenza a trascina appena longu a u spaziutempu chi u circonda da vicinu. Ogni ughjettu prossimu da a massa in rutazioni avara pindenza a culluca si in u sensu di a rutazioni. Par un buccu neru in rutazioni, 'ss'effettu he cusi forti vicinu a l'orizonti di l'avvinimenti chi un ughjettu divaria culluca si piu lestru ca a vilucita di a luci in a dirizzioni upposta pa simpliciamenti firma immobili. L'ergusfera di un buccu neru he un vulumu dilimitatu da l'orizonti di l'avvinimenti di u buccu neru e l'ergusuparficia, chi cuincidi incu l'orizonti di l'avvinimenti a i poli ma si trova a una distanza mori piu maiori intornu a l'equatori. L'ughjetti e l'irraghjamentu poni scappa nurmalamenti da l'ergusfera. Grazia a u prucidimentu di Penrose, l'ughjetti poni escia da l'ergusfera incu piu energia ch'eddi ni aviani a l'intrata. L'energia supplemintaria he pigliata in l'energia di rutazioni di u buccu neru. Una variazioni di u prucidimentu di Penrose in prisenza di campi magnetichi putenti, u prucessu Blandford-Znajek, he cunsidaratu com'e un miccanisimu prubabili pa l'enorma luminusita e i lampati rilativisti di i quasari e altri nuclei attivi di galassia.

Furmazioni e evuluzioni [ mudifica | edita a fonte ]

Datu u carattaru stranu di i bucchi neri, a parsona si he a longu dumandata s'e tali ughjetti pudiani rialmenti esista in a natura o s'eddi un erani ca suluzioni patulogichi di l'equazioni di Einstein. Einstein eddu stessu pinsava a tortu chi i bucchi neri un si furmariani micca, chi cunsidarava chi l'attimu angulari di i particuli in sfundamentu stabilisciaria u so muvimentu a un certu raghju, cio chi ha cunduttu a cumunita di a rilativita generali a righjitta tutti i risultati cuntrarii mentri numarosi anni. Eppuri, una minuranza di rilativisti ha cuntinuatu a sustena chi i bucchi neri erani ughjetti fisichi, e a a fini di u 1960, ani parsuasu a maiuranza di i circadori in u campu chi un ci he nisciunu ostaculu a a furmazioni di un orizonti di l'avvinimenti.

Penrose ha dimustratu chi una volta chi un orizonti di l'avvinimenti si forma, a rilativita generali senza a miccanica quantica esighji chi una singularita si formi indrentu. Pocu dopu, Hawking ha musciatu chi numarosi suluzioni cusmulogichi chi discrivini u Big Bang ani singularita senza campi scalari o altra materia esotica (veda Tiuremi di i singularita di Penrose-Hawking). A suluzioni di Kerr, u tiurema di l'assenza di capeddi e i leghji di a termudinamica di i bucchi neri ani musciatu chi i prubita fisichi di i bucchi neri erani simplici e capiscitoghji, cio chi ni facia sughjetti di ricerca rispittevuli. I bucchi neri classichi so furmati da l'affundamentu gravitaziunali d'ughjetti grevi tali i steddi, ma poni ancu, in tiuria, essa furmati da altri prucessi.

Affundamentu gravitaziunali [ mudifica | edita a fonte ]

L'affundamentu gravitaziunali si pruduci quandu a prissioni interna di un ughjettu he insufficenti par risista a a so probbia gravita. In u casu di i steddi, quissa si pruduci di solitu sii parchi a stedda un ha piu abbastanza cumbustibuli pa mantena a so tampiratura da a nucleusintesi stiddari, sii parchi una stedda chi saria stata stabuli ricevi materia supplemintaria di una manera chi un aumenta micca a tampiratura di u so nucleu. In i dui casi, a tampiratura di a stedda un he piu abbastanza alta par impidiscia la di fraia sottu a u so probbiu| pesu. L'affundamentu po essa arristatu da a prissioni di degenerazioni di i custituenti di a stedda, parmittendu a cundinsazioni di a materia in un statu esoticu piu densu. U risultatu he l'unu di i diffarenti tipi di steddi cumpatti. U tipu di stedda chi si forma dipendi di a massa di u restu di a stedda d'urighjina, s'e i strati esterni so stati carriati (par indittu, in una supernova di tipu II). A massa di u restu, l'ughjettu sfundatu chi sopravvivi a a splusioni, po essa infiriori in modu significativu a quidda di a stedda d'urighjina. Vistighi varchendu 5M? so prudutti da steddi chi aviani piu 20M? innanzi a l'affundamentu. S'e a massa di u restu varca a l'incirca 3?4 M? (a limita di Tolman-Oppenheimer-Volkoff), sii parchi a stedda d'urighjina era mori greva, sii parchi u restu ha cullittatu una massa supplemintaria in accrizioni di materia, ancu a prissioni di degenerazioni di i neutrona he insufficenti par arrista l'affundamentu. Nisciunu miccanisimu cunnisciutu (salvu forsi a prissioni di degenerazioni di i quark) un he abbastanza putenti par arrista l'implusioni e l'ughjettu si fraiara in modu inevitevuli pa furma un buccu neru.

Si supponi chi l'affundamentu gravitaziunali di i steddi grevi he rispunsevuli di a furmazioni di i bucchi neri di massa stiddari. A furmazioni di steddi in l'universu primitivu po ave datu nascita a steddi mori massicci chi, a u mumentu di u so affundamentu, avariani produttu bucchi neri pudendu aghjunghja 103M?. 'Ssi bucchi neri pudariani essa a l'urighjini di i bucchi neri suparmassivi chi omu trova in u centru di a maio parti di i galassii. He ancu statu sughjiritu chi bucchi neri massicci di una massa tipica di 10 ⁵ M? pudariani essa si furmati a parta da l'affundamentu direttu di nivuli di gasu in l'universu ghjovanu. 'Ssi ughjetti massicci so stati pruposti com'e i graneddi chi ani fatta fini furmatu i primi quasari ussirvati da u spustamentu versu u rossu z ~ 7. Certi candidati par tali ughjetti so stati truvati in l'ussirvazioni di l'universu ghjovanu. Bench'e a maio parti di l'energia libarata mentri l'affundamentu gravitaziunali fussi emissa mori prestu, un ussirvatori stiriori un vedi micca rialmenti a fini di 'ssu prucidimentu. Bench'e l'affundamentu piglii un tempu finitu in u quatru di rifirimentu di a materia chi si ni sfonda, un ussirvatori distanti vidaria a materia chi si ni sfonda ralentiscia e arrista si ghjustu sopra a l'orizonti di l'avvinimenti, par via di a dilatazioni di u tempu gravitaziunali. A luci pruvinendu da a materia chi si fraia piglia di di piu tempu pa aghjunghja l'ussirvatori, a luci emissa ghjustu innanzi a a furmazioni di l'orizonti di l'avvinimenti essendu ritardata di un tempu infinitu. Cusi, l'ussirvatori esternu un vedi mai a furmazioni di l'orizonti di l'avvinimenti. A l'incuntrariu, a materia chi si ni sfonda pari divinta piu debuli e di di piu spustata versu u rossu, e fatta fini si ni svanisci.

Inticci a alta energia [ mudifica | edita a fonte ]

L'affundamentu gravitaziunali un he micca u solu prucessu suscittibuli di cria bucchi neri. In principu, bucchi neri pudariani essa furmati in l'inticci a alta energia chi aghjunghjini una dinsita bastevuli. In 2002, nisciunu avvinimentu di 'ssu tipu un he stata individuatu, dirittamenti o indirittamenti in quant'e dificienza di u bilanciu di massa in i sperimenti d'acceliratori di particuli. Quissa sughjirisci ch'eddu ci devi essa una limita infiriori pa a massa di i bucchi neri. Tiuricamenti, 'ssa limita divaria situa si intornu a a massa di Planck, induva l'effetti quantichi so supposti invalida i predizzioni di a rilativita generali. Quissa sacchighjaria a criazioni di bucchi neri fora di purtata in tuttu d'ogni prucidimentu a alta energia pruducendu si annantu a o vicinu a a Terra. Eppuri, certi sviluppi infatti di gravita quantica sughjiriscini chi a massa minima di i bucchi neri pudaria essa mori piu debuli : certi scenarii di mondu imbrancatu, par indittu, fissani a limita a u 1 TeV/ c ² . Saria dunqua cuncittibuli di cria microbucchi neri in l'inticci a alta energia chi si pruducini quandu i raghji cosmichi menani l'atmusfera terrania, o podarsi in u grandi cullisori d'adroni di u CERN. 'Ssi tiurii so mori spiculativi, e a criazioni di bucchi neri da 'ssi prucessi he ghjudicata imprubabili da numarosi spicialisti. Ancu s'e microbucchi neri pudiani furma si, si svapurariani in 10 a 25 sicondi circa, un prisintendu nisciuna minaccia pa a Terra.

Crescita [ mudifica | edita a fonte ]

Una volta chi un buccu neru s'he furmatu, po cuntinua a crescia assurbiscendu materia supplemintaria. Ogni buccu neru assurbisci di cuntinuu u gasu e a polvara intarstiddari di u so ambienti. 'Ssu prucessu di crescita he unu di i mezi pussibuli da qualessu certi bucchi neri suparmassivi ani pussutu furma si, bench'e a furmazioni di i bucchi neri suparmassivi fermi un campu di ricerca apartu. Un prucessu simili he statu sughjiritu par a furmazioni di i bucchi neri di massa intarmidiariu ch'omu trova in i mori glubulari. I bucchi neri poni ancu aduniscia si incu altri ughjetti tali steddi o ancu altri bucchi neri. Si pensa ch'e 'ssu prucessu ha ghjucatu un rollu impurtanti, in particulari a u principiu di a crescita di i bucchi neri suparmassivi, chi avariani pussutu furma si a parta da l'aggrigazioni di numarosi ughjetti piu chjuchi. 'Ssu prucessu he ancu statu prupostu com'e urighjina di certi bucchi neri di massa media.

Prova da l'ussirvazioni [ mudifica | edita a fonte ]

In natura, i bucchi neri un emettini eddi stessi nisciunu irraghjamentu elettrumagneticu altru ch'e l'iputeticu irraghjamentu di Hawking, di versu e di manera chi l'astrufisichi in cerca di bucchi neri devini di solitu appughja si annantu a ussirvazioni indiretti. Par indittu, l'esistenza d'un buccu neru po calchi volta essa didutta ussirvendu a so influenza gravitaziunali annantu a u so ambienti. U 10 aprili 2019, un'imaghjina he stata publicata d'un buccu neru, chi he vistu ingrandatu parchi i traghjittorii di a luci vicinu a l'orizonti di l'avvinimenti so mori incurvati. L'ombra bughja a mezu risulta da traghjetti luminosi assurbiti da u buccu neru. L'imaghjina he in falsi culori, chi l'alonu luminosu individuatu in 'ss'imaghjina un si situeghja micca in u spettru visibuli, ma in l'ondi radiu.

U telescopiu a orizonti di l'avvinimenti (EHT) he un prugramma attivu chi usserva dirittamenti l'ambienti immediatu di l'orizonti di l'avvinimenti di i bucchi neri, com'e u buccu neru in u centru di a Via lattea. D'aprili 2017, l'EHT ha cuminciatu a ussirva u buccu neru in u centru di Messier 87. In tuttu, ottu radiussirvatorii situati annantu a sei muntagni e quattru cuntinenti ani ussirvatu a galassia di a Verghjina in altirnanza mentri 10 ghjorna d'aprili 2017, pa furniscia i dati parmittendu d'ottena l'imaghjina d'aprili 2019. Dopu a dui anni di trattamentu di i dati, l'EHT ha publicatu a prima imaghjina diretta d'un buccu neru, e piu pricisamenti di u buccu neru suparmassivu chi si trova in u centru di a galassia di a Verghjina. Cio chi he visibuli un he micca u buccu neru, chi apparisci com'e neru par causa di a perdita di ogni luci in 'ssu righjonu bughju. So piuttostu i gasi situati a u cantu di l'orizonti di l'avvinimenti (affissati in arancinu o in rossu) chi difiniscini u buccu neru. U 12 maghju 2022, l'EHT ha publicatu a prima imaghjina di Sagittarius A*, u buccu neru suparmassivu situatu in u centru di a Via lattea. L'imaghjina publicata musciava listessa struttura aniddari e listessa ombra circulari ca quiddi ussirvati in u buccu neru M87*, e l'imaghjina he stata criata usendu listessi tecnichi chi par u buccu neru M87*. Eppuri, u prucessu d'imaghjaria di Sagittarius A*, chi he piu di milla volti piu chjucu e menu massicciu ca M87*, era beddu piu cumplessu par via di l'instabulita di u so ambienti. L'imaghjina di Sagittarius A* ha he statu parzialamenti imbrugliata da u plasma turbulenti annantu a u stradeddu di u centru galatticu, un effettu chi impidisci a risulutezza di l'imaghjina a piu grandi lunghezzi d'onda.

Si pensa chi u schjarimentu di 'ssa materia in a mita infiriori di l'imaghjina EHT trattata he duvutu a l'irraghjamentu Doppler, da qualessu a materia chi s'avvicina di l'ussirvatori a vilucita rilativisti he parcipita com'e piu luminosa chi quidda chi si ni alluntana. In u casu d'un buccu neru, 'ssu finominu implicheghja chi a materia visibuli voglii a vilucita rilativisti (1000 km/s), i soli vilucita a i quali eddu he pussibuli d'equilibra in cintrifugazioni l'immensa attrazzioni gravitaziunali di a singularita, e dunqua di firma in orbita sopra a l'orizonti di l'avvinimenti. 'Ssa cunfigurazioni di a materia lampanti implicheghja chi l'EHT ha ussirvatu M87* d'un puntu di vista induva u discu d'accrizioni di u buccu neru era guasgi di fronti, mentri l'insemu di u sistemu vuglia in u sensu urariu. In rialita, a maio parti di l'aneddu in l'imaghjina di l'EHT he stata criata quandu a luci emissa da a lati alluntanata di u discu d'accrizioni si he incurvata intornu a u pozzu di gravita di u buccu neru ed he scappata, cio chi significheghja chi a maio parti di i pruspittivi pussibuli annantu a M87* poni veda l'insemu di u discu, ancu quiddu chi si trova dirittamenti daretu a "l'ombra".

In 2015, l'EHT ha individuatu campi magnetichi ghjustu a u fora di l'orizonti di l'avvinimenti di Sagittarius A ed ha ancu idantificatu uni pochi di i so prubita. I linii di campu chi attraversani u discu d'accrizioni erani un mischiu cumplessu di urdinatu e di aggruvigliatu. I studii tiorichi di i bucchi neri aviani priditu l'esistenza di campi magnetichi.

Ditezzioni d'ondi gravitaziunali pruvinendu da bucchi neri in funditura [ mudifica | edita a fonte ]

U 14 sittembri 2015, l'ussirvatoriu d'ondi gravitaziunali LIGO ha rializatu a primissima ussirvazioni diretta risciuta d'ondi gravitaziunali. U signali era cunformu a i predizzioni tiorichi cuncirnendu l'ondi gravitaziunali prudutti da a funditura di dui bucchi neri : l'unu di a l'incirca 36 massi sularii, e l'l'altru di a l'incirca 29 massi sularii. 'Ss'ussirvazioni furnisci a prova a piu cuncreta di l'esistenza di i bucchi neri a 'ssu ghjornu. Par indittu, u signali di l'ondi gravitaziunali sughjirisci chi a siparazioni di i dui ughjetti innanzi a a funditura era di sultantu 350 km (vali a di a l'incirca quattru volti u raghju di Schwarzschild currispundendu a i massi didutti). L'ughjetti diviani dunqua essa estremamenti cumpatti, cio chi lascia i bucchi neri com'e l'intarpritazioni a piu plausibili.

Piu impurtanti dino, u signali ussirvatu da LIGO cumprindia ancu u principiu di u finominu d'uscillazioni dopu a a funditura, u signali produttu quandu l'ughjettu cumpattu di pocu furmatu si stalla in un statu staziunariu. U finominu d'uscillazioni he di sicuru u mezu u piu direttu d'ussirva un buccu neru. A parta da u signali LIGO, he pussibuli di cunnosci ni a friquenza e u tempu d'ammurtimentu di u modu subrananti di u finominu d'uscillazioni. A parta da quissi, he pussibuli di diducia a massa e l'attimu angulari di l'ughjettu finali, chi currispondini a i predizzioni indipindenti di i simulazioni numerichi di a funditura. A friquenza e u tempu d'ammurtimentu di u modu subrananti so ditarminati da a giumitria di a sfera di futona. Par via di cunsiquenza, l'ussirvazioni di 'ssu modu cunferma a prisenza d'una sfera di futona. Eppuri, un po escluda a pussibilita d'altirnativi esotichi a i bucchi neri abbastanza cumpatti par ave una sfera di futona.

L'ussirvazioni furnisci ancu a prima prova ussirvaziunali di l'esistenza di binarii di bucchi neri di massa stiddari. Inoltri, si tratta di a prima prova ussirvaziunali di l'esistenza di bucchi neri di massa stiddari pisendu 25 massi sularii o ancu di piu.

Dapoi tandu, numarosi altri avvinimenti d'ondi gravitaziunali so stati ussirvati.

Accrizioni di materia [ mudifica | edita a fonte ]

Par causa di a cunsirvazioni di u mumentu angulari, u gasu caschendu in u pozzu gravitaziunali criatu da un ughjettu massicciu furmara di solitu una struttura a forma di discu di tondu a l'ughjettu. L'imprissioni d'artisti tali a ripprisintazioni alligata d'un buccu neru incu curona dipigni currintamenti u buccu neru com'e s'eddu si trattava d'un corpu di u spaziu pianu piattendu a parti di u discu ghjustu daretu ad eddu, ma in rialita a lintichja gravitaziunali sfurmaria mori l'imaghjina di u discu d'accrizioni.

Indrentu a un certu discu, a frizzioni caghjunaria u trasportu di l'attimu angulari versu u stiriori, parmittendu a a materia di casca piu luntanu versu l'internu, libarendu cusi energia putenziali e aumintendu a tampiratura di u gasu.

Quandu l'ughjettu in accrizioni he una stedda di neutrona o un buccu neru, u gasu di u discu d'accrizioni interna urbiteghja a vilucita mori alta par via di a so prussimita incu l'ughjettu cumpattu. A frizzioni chi ni risulta he cusi impurtanti ch'edda scalda u discu internu a tampiraturi a i quali emetti grandi quantita d'irraghjamentu elettrumagneticu (par u piu raghji X). 'Ssi fonti luminosi di raghji X poni essa individuati da i telescopii. 'Ssu prucidimentu d'accrizioni he l'unu di i prucessi di pruduzzioni d'energia i piu efficaci ch'eddu si cunnosci. Sinu a u 40% di a massa a u riposu di u matiriali accrete po essa emissa sottu forma di irraghjamentu (in u casu di a funditura nucleari, sultantu 0,7 a l'incirca di a massa a u riposu sara emissa sottu forma d'energia). In numarosi casi, i dischi d'accrizioni so accumpagnati da tirati rilativisti emissi longu a i poli, chi carrieghjani parti assa di l'energia. U miccanisimu di criazioni di 'ssi lampati un he attualmenti micca be capitu, in parti par via di l'insufficenza di i dati.

Cusi, numarosi finomini piu energetichi di l'universu so stati attribuiti a l'accrizioni di materia annantu a i bucchi neri. In particulari, i nuclei attivi di galassia e i quasari sariani i dischi d'accrizioni di bucchi neri suparmassivi. Listessa, i binarii a raghji X so di solitu cunsidarati com'e sistemi stiddari binarii in i quali una di i dui steddi he un ughjettu cumpattu arricugliendu a materia di u so cumpagnu. He ancu statu sughjiritu chi certi surghjenti di raghji X straluminosi pudariani essa i dischi d'accrizioni di bucchi neri di massa intermedia.

Di nuvembri 2011, a prima ussirvazioni diretta d'un discu d'accrizioni di quasaru intornu a un buccu neru suparmassivu he stata rapurtata.

Binarii a raghji X [ mudifica | edita a fonte ]

I binarii a raghji X so sistemi stiddari binarii chi emettini a maiuranza di u so irraghjamentu in a parti X di u spettru. Si pensa di regula chi 'ssi emissioni di raghji X risultani da u fattu chi una di i steddi (ughjettu cumpattu) accumuleghja a materia di un'antra stedda (urdinaria). A prisenza d'una stedda urdinaria in un certu sistemu parmetti di studia l'ughjettu cintrali e di ditarmina s'eddu si po tratta d'un buccu neru.

S'e un certu sistemu emetti signali chi poni essa dirittamenti tracciati sinu a l'ughjettu cumpattu, un si po tratta d'un buccu neru. L'assenza di un certu signali un escludi eppuri micca a pussibilita chi l'ughjettu cumpattu fussi una stedda di neutrona. Studiendu a stedda cumpagna, he a spessu pussibuli d'ottena i parametri urbitali di u sistemu e d'ottena un estimu di a massa di l'ughjettu cumpattu. S'e quidda he mori piu grandi ch'e a limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff (a massa massima chi una stedda po ave senza sfraia), tandu l'ughjettu un po micca essa una stedda di neutrona e omu s'aspetta di regula a cio ch'eddu si tratti d'un buccu neru.

U prima candidatu solidu pa un buccu neru, Cygnus X-1, he stata scupartu di 'ssa manera da Charles Thomas Bolton, Louise Webster e Paul Murdin in u 1972. Un certu dubbitu sussisti eppuri par via di l'incertezzi chi risultani da u fattu chi a stedda cumpagna he mori piu greva chi u buccu neru candidatu. Attualmenti, migliori candidati par i bucchi neri so truvati in una classa di binarii a raghji X chjamati transitorii a raghji X moddi. In 'ssa classa di sistemi, a stedda cumpagna ha una massa abbastanza debuli, cio chi parmetti d'ottena estimi piu pricisi di a massa di u buccu neru. Di piu, 'ssi sistemi un emettini attivamenti raghji X ch'e mentri uni pochi di mesa, una volta ogni 10-50 anni. Mentri u periudu di debuli emissioni di raghji X (chjamata quiescenza), u discu d'accrizioni he estremamenti debuli, cio chi parmetti un'ussirvazioni dittagliata di a stedda cumpagna mentri 'ssu periudu. Unu di i megliu candidati di 'ssu tipu he V404 Cygni.

Noti [ mudifica | edita a fonte ]

1. ↑ 'Ss'articulu pruveni in parti da a wikipedia in inglesu.