Il nostro buco nero

Cari ragazzi come ogni anno, iniziando a parlare di Universo, i buchi neri catturano il vostro interesse e alimentano la vostra fantasia. Vi propongo quindi un altro approfondimento su questi affascinanti oggetti cosmici. Questa volta parliamo del buco nero che si trova al centro della Via Lattea, la nostra galassia (leggete anche Ritratto di un buco nero).
I buchi neri, ciò che resta di stelle di grandi dimensioni dopo l'esaurimento del combustibile nucleare, sono un vero e proprio laboratorio di fisica estrema. Trasformano efficientemente materia in energia, espellono materia quasi alla velocità della luce per decine di migliaia di anni luce, ma se la materia oltrepassa l'orizzonte degli eventi, il limite di non ritorno, non c'è più nulla da fare, il buco nero inghiotte tutto.
La materia che si trova in prossimità di un buco nero ne viene inesorabilmente attratta e il suo percorso verso l'orizzonte degli eventi non è certo tranquillo. Stephen Hawking usa spesso l'immagine di un astronauta allungato a forma di spaghetto dalle forze di marea gravitazionale. Infatti, in prossimità dell'orizzonte degli eventi, la differenza di intensità tra il campo gravitazionale alla testa e ai piedi di un astronauta sarebbe così forte da stirarlo proprio come uno spaghetto. Lascio a voi immaginare le conseguenze di tutto ciò sul povero astronauta.
La materia in prossimità di un buco nero si avvicina vorticando a velocità spaventosa e urtando altra materia converte parte della sua enorme energia cinetica in movimento di particelle atomiche e subatomiche e radiazione elettromagnetica. Sono questi effetti che gli astrofisici possono "vedere" e che permettono di studiare i buchi neri.
Al centro della nostra galassia c'è un buco nero che ha una massa di quattro milioni di volte quella del Sole. Sembra tanto, ma non lo è. Ci sono buchi neri la cui massa raggiunge i miliardi di volte quella solare! Cosa fa, dunque, il nostro "piccolo" buco nero? Sembra proprio che "in questo momento" non sia molto attivo!

La Via Lattea vista dall'esterno in un'immagine ricostruita sulla base delle osservazioni dei telescopi.
(http://www.nature.com/polopoly_fs/7.6653.1349254298!/image/new_milky_way-1.jpg_gen/derivatives/fullsize/new_milky_way-1.jpg)

Le osservazioni astronomiche hanno evidenziato che l'attività dei buchi neri è ciclica ed è strettamente correlata al tipo di stelle che lo circondano. Sappiamo che le stelle possono essere rosse, gialle o blu in funzione della loro temperatura. In genere quelle azzurre sono grandi, calde e bruciano il loro combustibile nucleare in pochi milioni di anni. Molte stelle di questo tipo si sono formate nell'Universo primordiale. Le galassie tendono ad essere, a loro volta, rosse oppure azzure. Le prime sono, in genere, ellittiche, le seconde a spirale. Tra questi due estremi ci sono le cosiddette galassie della valle verde, un punto di transizione tra le rosse e le azzurre.
La via Lattea appartiene a questo ultimo tipo e dovrebbe avere un buco nero centrale molto attivo. Attualmente il nostro buco nero non sembra ingoiare materia come un famelico mostro galattico e noi, da 26000 anni luce di distanza, ne evidenziamo la presenza per i suoi effetti gravitazionali sulle orbite delle stelle del nucleo galattico.
In passato, però, le cose sono andate diversamente. Infatti sono stati osservati raggi X che si riflettono sulle nubi interstellari di gas che si trovano a 300 anni luce dal centro galattico. Che significa tutto ciò? Significa che in un passato "recente" il nostro buco nero emetteva raggi X in quantità un milione di volte maggiore di adesso!!! Inoltre nel 2010 alcuni ricercatori di Harvard hanno scoperto raggi gamma provenienti dal centro della nostra galassia e tali da formare due bolle, ognuna estesa per 25000 anni luce! E per fortuna che le bolle non erano dirette verso di noi!!!
Insomma, siamo stati fortunati! Le attività del nostro buco nero non ci hanno colpiti... Per ora!!!

a) La curvatura gravitazionale dello spazio; b) l'emissione di raggi X e gamma dal buco nero al centro della Via Lattea.
Per fortuna non siamo rientrati nella "bolla" di radiazioni!
(http://www.nyas.org/image.axd?id=7c505edb-fd63-4120-81d5-c6d57b2d7a31&t=634904945059530000
https://ksj.mit.edu/sites/default/files/images/tracker/2010/MilkyWay-energy-bubbles2.jpg)

La nostra Via Lattea è una galassia enorme, con un buco nero "piccolo", apparentemente non molto attivo e con uno scarso rigonfiamento centrale. In altre galassie, tale rigonfiamento, formato da stelle che sporgono molto sopra e sotto il disco galattico, può essere enorme. Galassie simili alla Via Lattea potrebbero essere la tipologia più adatta per lo sviluppo della vita. Nelle galassie come la nostra non si formano più di tre masse solari all'anno, quindi si formano nuove stelle ad un ritmo modesto. Le nuove stelle si sviluppano soprattutto ai margini dei bracci della spirale, lontane dal centro galattico e dal buco nero. In galassie dove, invece, la formazione stellare è molto attiva, l'ambiente è caotico e genera stelle massicce che bruciano velocemente il loro combustibile trasformandosi poi in gigantesche supernove. Le radiazioni generate da queste esplosioni/implosioni possono spazzare via le atmosfere planetarie e se un pianeta si trovasse troppo vicino ad una supernova, verrebbe letteralmente vaporizzato. E' quindi chiaro che il nostro ambiente galattico molto più calmo, il nostro buco nero non molto attivo e la nostra posizione marginale nella galassia sono circostanze molto favorevoli dal nostro punto di vista!
L'attività dei buchi neri influenza, dunque, in maniera cruciale ciò che avviene nelle galassie che li contengono. Troppa attività porterebbe ad una scarsa formazione di stelle e di elementi pesanti. Poca attività, invece, vorrebbe dire troppe stelle giovani ed esplosive. Un buco nero di media taglia che "mangiucchia con regolarità" genera una zona galattica fertile, ma temperata! Ecco, queste sono le zone in cui cercare gli extraterrestri!

Referenze

Caleb Scharf (2012) La generosità dei buchi neri. Le Scienze, 529: 38-43.
Un sito ben fatto: Black holes for kids.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)