Buco nero: differenze tra le versioni

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Un '''buco nero''' è un [[corpo celeste]] con un [[campo gravitazionale]] così intenso da non lasciare sfuggire né la [[materia (fisica)|materia]], né la [[radiazione]] elettromagnetica, ovvero una regione dello [[spaziotempo]] avente una [[curvatura]] sufficientemente grande, [[relatività generale|relativisticamente]] parlando, che nulla al suo interno può uscire all'esterno, nemmeno la [[luce]].<ref>Wald Robert M. (1984). [http://books.google.com/books?id=9S-hzg6-moYC General Relativity]. University of Chicago Press, pp. 299. ISBN 978-0-226-87033-5.</ref> La [[velocità di fuga]] da un buco nero risulta superiore alla [[velocità della luce]], ma poiché la velocità della luce è un limite insuperabile, nessuna [[Particella (fisica)|particella]] di materia o radiazione può allontanarsi da quella regione.
 
In un tale corpo la gravità domina su qualsiasi altra forza, sicché si verifica un [[collasso gravitazionale]] che tende a concentrare lo spaziotempo in un punto di singolarità di curvatura infinita e di "volume nullo";<ref>[https://arxiv.org/abs/0801.1734 “Volume interno di un Buco Nero” Archivio Pubblicazioni Università Cornell]</ref>per l'oggetto massiccio al centro della regione, che dà luogo al campo gravitazionale, è teorizzato uno stato della materia definito [[Singolarità gravitazionale|''singolarità'']], cioè con caratteristiche sconosciute ed estranee alle leggi della [[meccanica (fisica)|meccanica]] che descrivono il comportamento della materia nell'[[universo]] a noi noto, e ipotizzando che il valore della sua [[densità]] tenda all'infinito. Attorno al buco nero è presente l’[[orizzonte degli eventi]], la superficie sferica chiusa - geometrica e puramente immaginaria - contenente l'oggetto massiccio, e che delimita la regione dello spazio nella quale si hanno tali condizioni "senza ritorno" ovvero la regione dalla quale classicamente non può uscire alcun segnale: questa superficie (ove la velocità di fuga eguaglia la velocità della luce) può essere attraversata da materia o radiazione che cada verso il buco nero, ma non nel senso opposto.
 
Un corpo celeste con questa proprietà non può essere osservato direttamente. La sua presenza potrebbe essere rilevata solo indirettamente, rilevando i suoi effetti sulla materia circostante, come le interazioni gravitazionali con altri corpi celesti, o gli effetti sulla materia che vi precipita, o il fenomeno della [[lente gravitazionale]]. L'esistenza di buchi neri è oggi attestata, e sono stati individuati oggetti di questo tipo con masse molto variabili, da un minimo di 5 masse solari, fino a buchi neri rilevabili su scala galattica con massa pari a miliardi di masse solari. Sono state raccolte numerose osservazioni [[astrofisica|astrofisiche]] interpretabili (anche se non univocamente) come indicazioni dell'effettiva esistenza di buchi neri nell'[[universo]] in fenomeni diversi, come le [[galassia attiva|galassie attive]] o le [[stella binaria a raggi X|binarie X]].
 
===Assenza di singolarità centrale secondo altre teorie===
Il 10 dicembre 2018, Abhay Ashtekar, Javier Olmedo e Parampreet Singh hanno pubblicato un articolo scientifico nel campo della teoria della gravità ad anello che dimostra l'assenza di singolarità centrale all'interno del buco nero, senza specificare geometricamente il futuro della materia a questo punto mentre il [[:en:BimetricModello gravity#Thecosmologico bridges between the sheets of the universe (Black Holes reconsidered)bi-metrico|modello Janus]] propone una spiegazione<ref name=":3">{{cita pubblicazione|nome1=Abhay|cognome1=Ashtekar|nome2=Javier|cognome2=Olmedo|nome3=Parampreet|cognome3=Singh|titolo=Quantum Transfiguration of Kruskal Black Holes|rivista=Physical Review Letters|volume=121|numero=24|data=10 dicembre 2018|doi=10.1103/PhysRevLett.121.241301|pmid=30608746|pp=241301|bibcode=2018PhRvL.121x1301A|arxiv=1806.00648}}</ref><ref name=":4">{{cita pubblicazione|lingua=en|nome1=Carlo|cognome1=Rovelli|titolo=Viewpoint: Black Hole Evolution Traced Out with Loop Quantum Gravity|rivista=Physics|volume=11|data=10 dicembre 2018|url=https://physics.aps.org/articles/v11/127}}</ref><ref name=":52">{{cita web|titolo=La gravité quantique à boucles fait disparaître la singularité centrale des trous noirs|url=https://trustmyscience.com/gravite-quantique-boucles-fait-disparaitre-singularite-centrale-trous-noirs/|cognome=Boisson|nome=Thomas|sito=Trust My Science|lingua=fr|data=21 dicembre 2018|accesso=22 dicembre 2018}}</ref>.
Questo nuovo studio fornisce le stesse conclusioni di quelli ottenuti da lavori precedenti basati sulla relatività generale<ref>{{cita pubblicazione|nome1=L. S.|cognome1=Abrams|titolo=Alternative space-time for the point mass|rivista=Physical Review D|volume=20|numero=10|data=15 novembre 1979|doi=10.1103/PhysRevD.20.2474|pp=2474–2479|bibcode=1979PhRvD..20.2474A|arxiv=gr-qc/0201044}}</ref><ref>Abrams, L. S. (1989). "Black Holes: The Legacy of Hilbert's Error". ''Canadian Journal of Physics'' '''67''' (9): 919–926. doi:10.1139/p89-158. arXiv:gr-qc/0102055.</ref><ref>{{cita pubblicazione|nome1=S.|cognome1=Antoci|nome2=D.-E.|cognome2=Liebscher|titolo=Reconsidering Schwarzschild's original solution|rivista=Astronomische Nachrichten, Issn2=1521-3994|volume=322|numero=3|data=luglio 2001|issn=0004-6337|doi=10.1002/1521-3994(200107)322:3<137::AID-ASNA137>3.0.CO;2-1|arxiv=gr-qc/0102084|pp=137–142|bibcode=2001AN....322..137A}}</ref><ref>{{cita libro|nome1=Salvatore|cognome1=Antoci|titolo=David Hilbert and the origin of the "Schwarzschild solution"|rivista=Meteorological and Geophysical Fluid Dynamics|pp=343|data=21 ottobre 2003|arxiv=physics/0310104|bibcode=2004mgfd.book..343A}}</ref><ref>{{cita pubblicazione|nome1=Pierre|cognome1=Fromholz|nome2=Eric|cognome2=Poisson|nome3=Clifford M.|cognome3=Will|titolo=The Schwarzschild metric: It's the coordinates, stupid!|rivista=American Journal of Physics, Issn2=1943-2909|volume=82|numero=4|data=aprile 2014|issn=0002-9505 |doi=10.1119/1.4850396|arxiv=1308.0394|pp=295–300|bibcode=2014AmJPh..82..295F}}</ref><ref>{{cita web|nome=Igor|cognome=Mol|titolo=Revisiting the Schwarzschild and the Hilbert-Droste Solutions of Einstein Equation and the Maximal Extension of the Latter|data=10 marzo 2014|url=https://arxiv.org/abs/1403.2371}}</ref><ref>{{cita pubblicazione|lingua=en|nome1=Jean-Pierre|cognome1=Petit|titolo=Black holes do not exist|rivista=Researchgate|data=aprile 2014|url=https://www.researchgate.net/publication/263045914}}</ref><ref>{{cita web|lingua=fr|titolo=Les trous noirs n'existent pas - Partie 1|rivista=La Voie de la Russie / Sputnik News|data=30 giugno 2014|url=https://fr.sputniknews.com/sci_tech/201406301022869470-les-trous-noirs-n-existent-pas-partie-1/}}</ref><ref>{{cita web|lingua=fr |titolo=Les trous noirs n'existent pas - Partie 2|rivista=La Voie de la Russie - SputnikNews|data=1º luglio 2014|url=https://fr.sputniknews.com/sci_tech/201407011022870116-les-trous-noirs-n-existent-pas-partie-2/}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|lingua=en|titolo=Schwarzschild 1916 seminal paper revisited : A virtual singularity|url=https://www.researchgate.net/publication/304771239|editore=ResearchGate|data=4 luglio 2016|cognome1=Petit|nome1=Jean-Pierre}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Jean-Pierre|cognome=Petit|data=27 febbraio 2015|titolo=Cancellation of the central singularity of the Schwarzschild solution with natural mass inversion process|rivista=Modern Physics Letters A|volume=30|numero=09|pp=1550051|accesso=14 gennaio 2019|doi=10.1142/S0217732315500510|url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217732315500510|nome2=G.|cognome2=D'Agostini}}</ref>.
 
La caratteristica fondamentale dei buchi neri è che il loro [[campo gravitazionale]] divide idealmente lo [[spaziotempo]] in due o più parti separate fra di loro da un [[orizzonte degli eventi]]. Un'informazione fisica (come un'[[Radiazione elettromagnetica|onda elettromagnetica]] o una [[Particella (fisica)|particella]]) potrà oltrepassare un orizzonte degli eventi in una direzione soltanto. Nel caso ideale, e più semplice, di un buco nero elettricamente scarico e non rotante (buco nero di Schwarzschild) esiste un solo orizzonte degli eventi che è una sfera centrata nell'astro e di raggio pari al [[raggio di Schwarzschild]], che è funzione della massa del buco stesso. Una frase coniata dal fisico [[John Archibald Wheeler]], ''un buco nero non ha capelli'', sta a significare che tutte le informazioni sugli oggetti o segnali che cadono in un buco nero vengono perdute ad eccezione di tre fattori: [[massa (fisica)|massa]], [[Carica elettrica|carica]] e [[momento angolare]]. Il corrispondente teorema è stato dimostrato da Wheeler, che è anche colui che ha dato il nome a questi oggetti astronomici.
 
In realtà un buco nero non è del tutto nero: esso emette particelle, in quantità inversamente proporzionale alla sua massa, portando ad una sorta di [[evaporazione]]. Questo fenomeno, dimostrato per la prima volta dal fisico [[Stephen Hawking]] nel [[1974]], è noto come [[radiazione di Hawking]] ed è alla base della [[termodinamica dei buchi neri]]. Alcune sue osservazioni sull'[[orizzonte degli eventi]] dei buchi neri, inoltre, hanno portato alla formulazione del [[principio olografico]]. Esiste una simulazione, effettuata al computer da alcuni ricercatori sulla base di osservazioni, che mostra l'incontro di una stella simile al Sole con un buco nero supermassiccio, dove la stella viene "triturata" e mentre alcuni detriti stellari "cadono" nel buco nero, altri vengono espulsi nello spazio a velocità elevata.<ref>[https://www.nasa.gov/mission_pages/galex/galex20120502.html NASA - Black Hole Caught Red-Handed in a Stellar Homicide<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref><ref>[http://daily.wired.it/news/scienza/2012/05/03/stella-dilaniata-buco-nero-37889.html La stella dilaniata da un buco nero - Wired.it<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref> Un gruppo di astronomi analizzando i dati del Chandra X-ray Observatory della NasaNASA ha invece scoperto l'espulsione di un buco nero ad altissima velocità dal centro di una galassia, dopo la fusione di due galassie.<ref>[http://daily.wired.it/news/scienza/2012/06/06/buco-nero-galassia-346667.html Come cacciare un buco nero dalla propria galassia - Wired.it<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref>
 
Altri effetti fisici sono associati all'orizzonte degli eventi, in particolare per la [[relatività generale]] il [[tempo proprio]] di un osservatore in caduta libera, agli occhi di un osservatore distante, appare più lento con l'aumentare del campo gravitazionale fino ad arrestarsi completamente sull'orizzonte. Quindi un astronauta che stesse [[Orizzonte degli eventi#Oltrepassare l'orizzonte degli eventi di un buco nero|precipitando verso un buco nero]], se potesse sopravvivere all'enorme [[gradiente]] del campo gravitazionale, non percepirebbe nulla di strano all'avvicinarsi dell'orizzonte; al contrario un osservatore esterno vedrebbe i movimenti dello sfortunato astronauta rallentare progressivamente fino ad arrestarsi del tutto quando si trova a distanza uguale al raggio di Schwarzschild dal centro del buco nero.
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