1° Forum di Astronomia Amatoriale Italiano

Hai mai pensato a qual'è la densità di una galassia? Sicuramente meno di un buco nero di pari massa...
Hai mai visto una galassia fare da lente gravitazionale per un oggetto posto dietro di essa? Sicuramente si, almeno in foto

Ecco, ora immaginati una galassia talmente densa da aumentare a dismisura l'effetto di lente gravitazionale, al punto da creare un orizzonte degli eventi. Stiamo ingrandendo il "mostro" al punto da arrivare a dire che siamo nella sua pancia senza mai essercene accorti

Il problema da qui "evolve" verso altri interrogativi cosmologici: quanto è grande l'universo, quanta roba c'è dentro, la materia/energia oscura esiste oppure è un effetto, lo spazio è piatto o è curvo, l'espansione del big bang continuerà all'infinito oppure no, cosa c'è oltre il confine dell'universo, sempre che questo abbia un confine, com'è fatto lo spazio e com'è fatto il tempo, ecc. ecc. La pentola che puoi scoperchiare chiedendoti se l'universo può essere considerato un buco nero o meno contiene un minestrone molto vario di implicazioni a livello cosmologico che discendono dal rispondere di si o di no alla domanda stessa. Non che la curiosità sia un danno, ovvio, siamo tutti qui per questo.

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Ok, prova a metterla in questo modo:
Non esiste lo spazio e non esiste il tempo. Ad un certo punto, un'entità priva di dimensioni, contenente un'energia enorme (evitiamo di dire "infinita", altrimenti sicuramente potrebbero saltar fuori le implicazioni più varie) si gonfia generando al proprio interno le dimensioni spaziali e temporali che conosciamo, assieme a materia, antimateria, e tutto il resto. Dicesi big bang.

Se prendi la questione in un certo modo, la materia dell'intero universo è totalmente contenuta nella regione di spazio creata dal big bang, e questa regione è in espansione. Dieci miliardi di anni fa l'universo era più piccolo. La quantità di materia era la stessa? Quindi l'universo era più denso. Quindi era un buco nero? E 12 miliardi di anni fa? E quando ha smesso di esserlo?

Ok, proviamo a girarla diversamente. L'universo è sempre rimasto sotto la densità critica. Se è sempre rimasto sotto questa densità critica vuol dire che, almeno per i primi tempi della sua esistenza, c'è stata una costante creazione di materia al suo interno, altrimenti quando l'universo aveva il "diametro" di 10cm, di materia dentro ce ne poteva stare fino ad un certo punto, oppure sarebbe diventato un buco nero ed avrebbe passato la densità critica. Creazione costante di materia?

Infine, per il tuo avatar: un buco nero non ha bisogno di apporto di materia dall'esterno per continuare a sopravvivere (beh, quasi, c'è la questione dell'evaporazione dei buchi neri di cui parla Hawking, ma mi pare che questa avvenga in tempi "sensati" solo per buchi neri piccoli, se andiamo a considerare qualcosa di grosso, tipo nuclei galattici o peggio, l'evaporazione dovrebbe avvenire in tempi immensi anche rispetto all'età dell'universo...), quindi noi siamo fatti della materia che dentro al buco nero già c'è, materia che si è formata con il big bang (e che ha formato il "buco nero" stesso).

C'è una cosa, invece, che mi sono sempre chiesto. Supponiamo di poter assistere indenni alla formazione di un buco nero, di quelle che avvengono in tempi "decenti", che so, una supernova che esplode. Si dice che, per la teoria della relatività, un oggetto che cade all'interno di un buco nero rallenta il proprio tempo, rispetto ad un osservatore esterno che lo guarda. Questo vuol dire che se io lancio un orologio dentro un buco nero, questo ad un certo punto batte un secondo ogni due, poi uno ogni tre, ecc. ecc. (riferito al mio orologio). Suppongo (e non avrei motivo di ritenere diversamente) che il collasso gravitazionale della stella che ha formato il buco nero segua le stesse regole. Ovvero che se un processo atomico/chimico/nucleare richiede un tempo T, collassando richieda tempi sempre più grandi rispetto all'originale T. Sempre più grande vuol dire che tende a rallentare all'infinito. Domanda: potrebbe questo voler dire che nessun buco nero nel nostro universo ha raggiunto lo stadio di singolarità, ma che stanno tutti ancora "collassando", e che il buco nero che ho visto formarsi all'inizio del paragrafo è costituito da un orizzonte degli eventi che contiene un oggetto solido al proprio interno, oggetto che si sta ancora contraendo e che sempre si contrarrà fino alla fine dei tempi? Quindi la "singolarità" è solo un'entità teorica che rappresenta lo stadio che il buco nero potrebbe raggiungere dopo un tempo infinito per un osservatore esterno? E potrebbe essere raggiunta in un tempo finito per un osservatore interno (non-spaghettificato ), con il solo problema che, in tutta probabilità, il buco nero stesso potrebbe non vivere a sufficienza per raggiungerlo (vuoi per evaporazione, fusione con altri buchi neri, fine dell'universo o che altro... ...tutte procedure che viste da un osservatore interno accelererebbero il proprio svolgimento)?

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per ogni massa M esiste un raggio R tale che se la massa è contenuta in una sfera di raggio minore diventa un buco nero

R=2GM diviso c al quadrato

sulla superfice a distanza R dal centro(orizzonte degli eventi) la velocità di fuga è esattamente uguale a c, mentre all'interno della sfera è superiore

il raggio aumenta linearmente con la massa, quindi la densità diminuisce come il quadrato della massa.

se un buco nero ha una massa 1000 volte maggiore, ha un volume 1 miliardo di volte maggiore, e quindi una densità 1 milione di volte minore

per esempio un buco nero di 1 anno luce di raggio avrebbe una densità uguale ad 1 miliardesimo dell'aria.

in poche parole un buco nero è una regione di spazio tale per cui un oggetto che si trovi all'interno, qualunque velocità iniziale abbia, rimane legato gravitazionalmente al buco nero; ma questo non necessariamente per la forza gravitazionale molto intensa, ma per un'insieme di caratteristiche(massa e raggio); più la massa è alta, più il buco nero è grande e la sua densità minore(e il campo gravitazionale sulla superfice di un buco nero è maggiore se il buco nero è piccolo)

per esempio, un buco nero di massa 10 kg necessita di un campo gravitazionale IMMENSO(sulla superfice) perchè gia a piccole distanze(millimetri e anche meno) la forza è quasi inesistente, e il buco nero deve fermare un corpo a velocità c(o meglio, un raggio di luce) nello spazio di micron.

invece un buco nero di 1 miliardo di masse solari esercita una fortissima attrazione anche a grande distanza e quindi il campo necessario, sempre sulla superfice, per fermare un raggio di luce è abbastanza basso(anche minore di quello terrestre, per buchi neri abbastanza grandi)

spero di essermi spiegato in modo comprensibile

E' dimostrato (e nessuno lo contesta) che non e' possibile, da misure fatte localmente, stabilire se si e' "dentro" o "fuori" l'orizzonte degli eventi di un buco nero. In parole semplici immaginiamo un buco nero di massa enorme (massa dell'ordine di una galassia, o molto piu' grande ancora); per un oggetto del genere, le forze di marea all'orizzonte degli eventi sono molto basse. Un osservatore in tale situazione e' soggetto a forze di marea molto piccole, cosi' come noi sulla terra (la forza sui nostri piedi non e' identica a quella sulla nostra testa ma la differenza e' quasi nulla); non puo' neanche in teoria accorgersi se e' dentro o fuori; e se e' un essere vivente, lui e i suoi discendenti potranno continuare a vivere per migliaia di generazioni senza accorgersene. Certamente a un certo punto, se sono dentro, le forze di marea uccideranno chiunque sia vivo a quell'epoca, e poi smembreranno i loro stessi atomi, ma questo, in un futuro molto, molto lontano. Quindi potremmo essere noi stessi in questa situazione, non c'e' modo di scoprirlo con misure locali - solo aspettando molto, molto, molto, molto a lungo.
Indigo: dentro un buco nero a un certo punto il tempo perde significato; per essere precisi, perde significato quando i piu' semplici oscillatori atomici non possono piu' esistere perche' fatti a pezzi dalle forze di marea. A quel punto il tempo non e' piu' misurabile neanche concettualmente e perde significato.

Sinceramente credo che la domanda posta non abbia molto senso. Non si capiscono ancora numerevoli fenomeni che riguardano l'Universo e quanto è in esso contenuto e a noi visibile, figuriamoci spingersi ad azzardare cosa esso stesso possa essere (un buco nero?) e cosa ci sia all'esterno, è pura fantasia a mio avviso, nient'altro. Perchè dovrebbe essere un buco nero? Come faccio a dirlo? Non ho un punto di vista esterno al sistema, ma solo interno, è fisicamente inconcludente come affermazione.
Tanto per dirne una lo stesso Big Bang è una estrapolazione, non esiste una prova effettiva che esso si sia realizzato, e tra l'altro il concetto stesso di singolarità iniziale pone fortemente in conflitto la meccanica quantistica e la relatività generale, uno dei grossi problemi della cosmologia moderna.
Suggerirei pertanto, più che frastornarsi su questi quesiti di natura puramente fantasiosa, magari di andare a studiare un pò la fisica dei buchi neri, su cui c'è ancora tanto da capire!

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"Einstein è un bravo ragazzo, peccato solo sia fissato che le onde elettromagnetiche siano costituite da particelle". M. Planck


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Grazie a tutti della discussione, molto interessante ed intrigante. Un buon 2008 con cieli chiari a tutti!!!

wpro

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e se....