Questo articolo è inserito nell'approfondimento dedicato ai Buchi Neri, che raccoglie in modo organico gli articoli più significativi sull'argomento.

 

Cari amici, che ne dite di un bel viaggetto fino a un buco nero? Magari proprio su Cygnus X-1 a 8000 Anni Luce da noi? E, se tutto va bene, cercare anche, in seguito, di entrare al suo interno? L'articolo è dedicato ad Albertone che vorrebbe tentare l'impresa.

Immaginiamo di salire su un’astronave e di avere a bordo tre finestroni. Uno diretto proprio verso il buco nero, uno in senso opposto e uno laterale. Ognuno di essi ha un’apertura di 90° in modo da ottenere una vista panoramica totale di 270°.

Per maggiore chiarezza abbiamo “pulito” la zona intorno al buco nero, che in Cygnus X-1 forma un sistema doppio e che ingoia materia dalla compagna. Non vedremo quindi gas spiraleggiare verso di esso, ma solo gli effetti della distorsione dello spazio. Ovviamente la nostra astronave subirà un’accelerazione terribile per effetto del campo gravitazionale del buco nero e cercheremo di tenerla sotto controllo, sperando che il materiale con cui hanno costruito l’astronave sia veramente resistente.

Per effettuare delle riprese o per avere una visione più chiara di ciò che stiamo per raggiungere sarebbe molto meglio fermarsi di tanto in tanto. In altre parole, questo vuol dire due cose: non assistere all’effetto dell’aberrazione della luce e impartire un’accelerazione in senso opposto alla direzione del buco nero in modo da rimanere immobili quando la sua gravità comincerà a farsi sentire. A quel punto il vero motore sarà il buco nero che ci attirerà, mentre il motore costruito sulla Terra servirà solo per arrestare il nostro velivolo.

Non stupiamoci dei valori “eccezionali” che salteranno fuori, dato che vogliamo arrivare a pochi chilometri  da un oggetto che ha una massa pari a 10 volte quella del Sole, concentrata in un volume di soltanto 60 km di diametro!

Va bene, non pensiamo più ai problemi e iniziamo il viaggio vero e proprio. Senza alcuna difficoltà arriviamo a una distanza dal buco nero pari a 150 milioni di chilometri. Fin qui avevamo la rotta perfettamente predisposta. Ora dovremo viaggiare a vista… Ci guardiamo intorno, ma del buco nero nemmeno l’ombra. Siamo forse troppo distanti?

Beh, non crediamo proprio: in fondo siamo alla stessa distanza della Terra dal Sole, ma al posto del Sole abbiamo una massa dieci volte superiore. Fermiamoci a guardare a occhio nudo. Ci accorgiamo che pur spegnendo i motori, la nostra astronave continua a viaggiare e accelerare. Per fermarci, siamo costretti a impostare un’accelerazione, non certo trascurabile, opposta a quella che ci sta trascinando verso un certo punto  del cielo non identificato. Proviamo a guardare meglio dai tre finestroni, ad astronave ferma (Fig. 1). No, non si vede, ma si fa sentire. D'ora in poi basterà lasciarsi trasportare dalla sua gravità.

Forse è meglio limitarci, per adesso, al primo finestrone per guardare meglio (Fig. 2)

Conviene proseguire e, intanto, facciamo un po’ di conti… La zona interna all’orizzonte degli eventi (quella da cui nessuna luce può pervenirci) è di soli 185 km. Alla nostra distanza corrisponde a circa 0.2 secondi d’arco. Troppo piccolo per il nostro occhio che al limite riesce a identificare un angolo di un minuto d’arco. E’ inutile cercare di aguzzare la vista. Fidiamoci di Einstein (che ha sempre ragione, o quasi!) e andiamo avanti.

Il viaggio continua e l’accelerazione diventa sempre più forte. Forse, forse, era meglio stare a casa. Siamo ormai a 1.5 milioni di chilometri dal “supposto” buco nero e, finalmente lo vediamo! Sembra un cerchietto appena percettibile di luce diffusa (Fig. 3, scusate la scarsa messa a fuoco, ma stiamo spingendo al massimo gli ingrandimenti della telecamera).

Il punto nero centrale è indistinto, ma si vede la distorsione della luce che lo circonda e che giunge a noi deformando leggermente l’immagine (relatività generale…). Ciò che sta dietro a quel puntino subisce l’effetto Einstein e si manifesta come un immagine circolare (anello di Einstein). Tutto ciò corrisponde, in maniera appena percettibile, a ciò che potevamo aspettarci. Ci rendiamo conto, con una certa apprensione, che per tenere ferma l’astronave abbiamo impartito un’accelerazione di 100 g (g = gravità terrestre) che mette un po’ in crisi la struttura meccanica. Meglio spegnere i motori e farci trasportare dalle forze della Natura… Comunque sia, siamo abbastanza agitati.

Il Buco Nero è ormai ben visibile quando arriviamo a una distanza di 3000 km (Fig. 4).

E', però, l’accelerazione che ci spaventa: 15 milioni di volte quella che subiamo sulla superficie terrestre (ne abbiamo parlato QUI). Essendo ormai relativamente vicini, gran parte delle nubi molecolari che stanno attorno al buco nero si sono deformate così come sono aumentati gli oggetti nascosti dal cerchietto nero, creando immagini multiple e/o anelli di Einstein.

Ripartiamo subito, spegnendo i motori… Siamo, ormai, a soli 600 km dall’orizzonte degli eventi. Ci fermiamo, con i capelli dritti per l’accelerazione necessaria: 400 milioni di g! La visione è però molto affascinante (Fig. 5).

Il buco nero sembra proprio un imbuto circondato da materia che invita ad entrare. Non è, però, la materia che cade verso di lui (abbiamo detto che non la consideriamo, per non rendere le cose ancora più complicate), ma la curvatura della luce che sembra allontanare la materia  e renderla circolare, come gli archi dovuti all’effetto Einstein.

La Fig. 6 ci mostra molto schematicamente cosa avviene.

In A la luce (rossa) che proviene dalla materia che sta in R non subisce variazioni. In B quella che riceviamo è già distorta e l’immagine ci appare più lontana di quello che dovrebbe essere, In C e D la faccenda diventa ancora più evidente. La luce (blu) proveniente dalla materia S, più lontana dal buco nero, sia in A che in B e in C non subisce curvatura. In D, però,  la subisce anch’essa. In poche parole, mentre ci avviciniamo, una parte sempre maggiore di cielo subisce una deformazione. Ma può succedere molto di peggio...

Un altro salto ed eccoci a 150 km dall’orizzonte degli eventi. Ormai tutta l’immagine frontale è occupata dal buco nero e da materia che appare distorta . Conviene  aggiungere anche ciò che si vede attraverso gli altri due finestroni. , quello laterale e quello posteriore (Fig. 7).

Anche quella laterale appare distorta e abbiamo quasi paura di calcolare l’accelerazione che abbiamo impartito per restare fermi: 6 miliardi di volte quella subita sulla superficie terrestre… Bisogna dire che i tecnici hanno lavorato proprio bene.

Ormai siamo in ballo e balliamo, portandoci a 90 km dall’orizzonte degli eventi (Fig. 8 )

Davanti solo il nero più nero che c’è. Il buco nero si allarga anche al finestrone laterale  e la distorsione si fa spaventosa. E l’accelerazione? "Soltanto" 30 miliardi di g.

Nuovo salto ed eccoci a 45 km di distanza (Fig. 9). Il buco nero occupa esattamente metà del campo visivo. Metà del cielo è ormai completamente nero. Siamo arrivati a un punto critico, quello che si chiama orbita circolare della luce o sfera fotonica. I fotoni non sono ancora catturati dal buco nero, ma sono costretti a girargli attorno (ne parleremo nella prossima puntata, più tecnica).

Superata questa distanza il buco nero occupa più della metà del cielo. Sembra proprio di essere già nella sua "pancia".

Scendiamo ancora fino a 13 km dall’orizzonte (Fig. 10). La visione è entusiasmante in quanto è ormai il cielo che appare come un buco luminoso completamente distorto. L’accelerazione è solo  "lievemente" aumentata: 650 miliardi di g. Se vogliamo ancora vedere qualche stella, dobbiamo guardare nel finestrone posteriore (Fig. 10)…

Ormai siamo “condannati” e guardando indietro arriviamo a 4 km dall’orizzonte degli eventi: il cielo è un dischetto piccolissimo, pieno zeppo di immagini multiple. L’accelerazione ha raggiunto i due trilioni di g (Fig. 11).

Poi il nostro Universo diventa un punto e scompare in un attimo (Figura 12)

Siamo dentro l’orizzonte degli eventi! Un senso di libertà mista a disperazione, prima di... svegliarci, completamente sudati. Un sogno… è stato solo un sogno… ma veramente fantastico!

A noi non resta che ripetere l’esperienza in modo virtuale, studiando più seriamente ciò che capita durante il viaggio… pensando anche che quando l’astronave è in movimento è soggetta all’aberrazione della luce. Impareremo molte cose e faremo fatica a crederci.

Questo è stato solo un piccolo antipasto: abbiamo visto che arrivando al buco nero, fermandosi di tanto in tanto, sembra che si sia già dentro di esso ben prima di essere arrivati all'orizzonte degli eventi. Se non ci fermassimo mai, sembrerebbe, invece, di essere sempre fuori, anche se giunti nell'orizzonte. Chi vuole può già pensarci... o andare a (ri)leggersi questo articolo completo.

E’ giusto ricordare che le splendide immagini  sono state “costruite” al computer da Ute Kraus.