Gli oggetti più grandi dell'Universo sono i buchi neri.
A differenza di oggetti come i pianeti o le stelle non hanno un limite massimo di dimensione
e possono letteralmente crescere all'infinito. Sebbene, in realtà, debbano accadere eventi specifici per creare
diversi tipi di buco nero, da quelli molto piccoli fino agli oggetti unici più grandi nell'Universo.
Quindi, come crescono i buchi neri e quanto è grande il più grande di loro?
Questo video non tratterà di come funzionano i buchi neri o di come si formano, dato che ne abbiamo discusso
in dettaglio nella nostra serie su buchi neri e stelle di neutroni. Puoi dargli un'occhiata in seguito.
Per ora siamo interessati a trovare l'oggetto più grande nell'Universo. Partiamo dal molto molto piccolo.
Buchi neri primordiali
La tipologia di buco nero più piccola potrebbe esistere o non esistere. Se esistono, sono probabilmente i più vecchi
oggetti dell'Universo, anche più vecchi degli atomi. Si sarebbero formati subito dopo il Big Bang,
quando l'Universo era così denso e con energia così violenta che qualsiasi piccola sacca
leggermente più densa della sua vicina avrebbe potuto produrre un buco nero.
Il più piccolo buco nero primordiale che potrebbe ancora esistere peserebbe un migliaio di miliardi
di chilogrammi all'incirca, la massa di una grande montagna. Eppure non sarebbe più grande di un protone.
Un buco nero primordiale con la massa della Terra sarebbe a malapena più grande di una moneta.
Questo li rende molto difficili da trovare, quindi in realtà non ne abbiamo ancora osservato nessuno.
Se esistessero potrebbero persino essere la misteriosa materia oscura che tiene insieme le galassie.
Passiamo alla tipologia di buchi neri che sappiamo per certo essere là fuori.
Buchi neri stellari
Per creare un buco nero bisogna comprimere abbastanza materia da farla collassare su se stessa.
Dopodiché, più massa gli lanciamo contro, più grande diventerà.
Nell'Universo odierno solo gli eventi cosmici più violenti possono creare le condizioni necessarie, come la fusione
di stelle di neutroni o il collasso in supernova del nucleo di una stella molto massiva. Per avere un'unità di misura
a cui fare riferimento, useremo la massa del nostro Sole, circa duemila miliardi di miliardi di miliardi di chilogrammi.
Il più piccolo buco nero conosciuto è grande 2.7 volte la massa del Sole
ed è contenuto in una sfera di circa 16 km di diametro, abbastanza grande da coprire Parigi.
Un altro peso leggero tra i buchi neri è il compagno della gigante rossa V273 Mon.
Questa stella è 24 volte più grande del nostro Sole, 30 milioni di chilometri di diametro.
Eppure, è sballottata da un minuscolo buco nero largo solo 17.2 km.
Questo piccolo oggetto che bullizza la stella è così piccolo rispetto a lei che possiamo a malapena mostrarli a confronto.
Uno dei più grandi buchi neri stellari conosciuti è M33 X-7. Attualmente passa il suo tempo a divorare
una gigante blu di 70 masse solari, pezzo per pezzo. Poiché tutta quella materia sottratta ruota intorno
al buco nero come acqua che va giù per lo scarico, l'attrito la riscalda a temperature abbastanza alte da brillare
500.000 volte più del nostro Sole! Eppure, X-7 è grande "solo" 15.65 masse solari
e largo 92 km, grande appena abbastanza da gettare un'ombra sulla Corsica.
Per diventare più grandi, i buchi neri devono o divorare molte stelle o, meglio, fondersi gli uni con gli altri.
Gli strumenti che rendono possibile rilevare queste fusioni sono molto recenti e quindi stiamo
attualmente scoprendo molte cose entusiasmanti. Come due buchi neri massivi che abbiamo rilevato
in una galassia lontana 17 miliardi di anni luce. Girando l'uno intorno all'altro violentemente, hanno rilasciato
più energia in forma di onde gravitazionali di tutta la luce combinata di tutte le stelle della Via Lattea in 4400 anni.
Il nuovo buco nero che hanno formato ha circa la dimensione della Germania ed è grande 142 masse solari.
E qui troviamo un curioso divario nelle dimensioni.
Ci sono molti buchi neri grandi fino a 150 masse solari e poi non c'è più niente per molto tempo.
Finché improvvisamente non ci imbattiamo in buchi neri che sono milioni di volte più massivi,
cosa un po' confusionaria, perché avevamo questa idea che i buchi neri crescono continuamente in maniera costante.
Ma per la maggior parte dei buchi neri massivi questo processo non è abbastanza veloce da spiegare la loro esistenza oggi.
L'Universo semplicemente non è vecchio abbastanza perché questi buchi neri supermassivi
si siano formati divorando stelle e fondendosi l'uno con l'altro. Deve essere successo qualcos'altro.
Per spiegare come si è arrivati ai più grandi buchi neri dell'Universo, potremmo aver bisogno
delle più grandi stelle che siano mai esistite: le quasistar. Per dare un'idea delle dimensioni, possiamo compararle
alle più grandi stelle che esistono oggi. Il nostro Sole sarebbe come un granello di sabbia in confronto a loro.
Non sappiamo se le quasistar siano davvero esistite ma sono un'idea interessante quando si tratta dello
sviluppo di buchi neri supercarichi. L'idea è che la materia nell'Universo primordiale fosse così densa
che le quasistar sono riuscite a crescere fino a migliaia di volte la massa del Sole.
I nuclei di queste stelle potrebbero essere state schiacciate dal proprio peso così tanto da collassare in buchi neri
mentre le stelle si stavano ancora formando. A differenza delle stelle di oggi, che si distruggerebbero nel
processo, all'interno delle quasistar, potrebbe emergere un equilibrio mortale. La gravità tiene insieme la stella
supermassiva, alimentando il buco nero e riscaldando il materiale in caduta a tal punto
che la pressione di radiazione mantiene stabile la stella. E così, questi buchi neri in rapida crescita potrebbero essere stati
in grado di consumare la quasistar per milioni di anni e crescere molto più di un qualsiasi buco nero stellare odierno.
Buchi neri di diverse migliaia di volte la massa del Sole e molto più larghi dell'intera Terra.
Questi buchi neri potrebbero essere diventati i germogli dei buchi neri supermassivi.
Così, ora, arriviamo ai re del nostro Universo, i più grandi corpi unici esistenti.
Il centro della maggior parte delle galassie contiene un buco nero supermassivo, e questi sono mostruosi.
Nella Via Lattea abbiamo Sagittarius A*, un buco nero supermassivo
di circa 4 milioni di masse solari che è calmo e tranquillo e sta per conto suo.
Sappiamo che è lì perché possiamo vedere un certo numero di stelle sballottate in giro da un punto apparentemente vuoto.
E nonostante la sua incredibile massa, il suo raggio è comunque solo 17 volte quello del nostro Sole.
Più piccolo della maggior parte delle stelle giganti, ma milioni di volte più massivo.
Poiché i buchi neri supermassivi sono così massivi e collocati al centro delle galassie,
molte persone li immaginano un po' come il Sole nel sistema solare.
Un'ancora che tiene insieme tutte le cose e le costringe a orbitare. Ma questa è una convinzione errata.
Mentre il Sole costituisce il 99.86% della massa del sistema solare, i buchi neri supermassivi di solito hanno solo
lo 0.001% della massa della loro galassia. I miliardi di stelle nelle galassie non sono gravitazionalmente legati a loro.
Invece, è l'effetto gravitazionale della materia oscura che li tiene insieme.
Molti buchi neri supermassivi non sono giganti gentili, specialmente quando si cibano
di nubi di massa nelle loro galassie. Quello al centro della galassia BL Lacertae sta divorando
così tanto materiale da produrre getti di plasma accelerato quasi alla velocità della luce.
Se la Terra girasse intorno a questo enorme corpo, questo sembrerebbe 115 volte più grande del Sole nel cielo
e saremmo ridotti in cenere in pochi secondi dal suo incandescente disco di accrescimento.
A questo punto i buchi neri diventano così grandi che le stelle sembrano ridicolmente piccole in confronto a loro.
La galassia Cygnus A ha un buco nero supermassivo di 2.5 miliardi di masse solari e largo 14.7 miliardi di km.
Ciò significa che, se prendesse il posto del Sole, inghiottirebbe tutti i pianeti
e si estenderebbe fino a metà strada verso il confine del nostro sistema solare.
Sta divorando così tanta massa e materiale da deformare il proprio disco in una sorta di imbuto magnetico,
sputando gas e formando enormi lobi radio svettanti sulla galassia di mezzo milione di anni luce di diametro.
Cioè 2.5 volte la larghezza della Via Lattea.
Un altro buco nero supermassivo piuttosto grande si trova nella galassia Messier 87.
Ha 6.5 miliardi di masse solari ed è stato il primo buco nero di cui abbiamo una vera foto.
O, piuttosto, del gas brillante intorno al bordo di un'ombra minacciosa.
Questa sfera di oscurità è così grande da poter coprire il nostro intero sistema solare.
Eppure, c'è una scala di grandezza anche superiore a questo genere di oggetti...
Buchi neri ultramassivi
Ora giungiamo ai buchi neri più massivi, forse i corpi unici più grandi che mai esisteranno.
Questi buchi neri hanno mangiato così tanto che sono cresciuti fino a decine di miliardi di masse solari.
La loro gravità è il motore di un "quasar", un disco di accrescimento luminoso più brillante di migliaia di galassie
piene di stelle. Così massivi che meritano un titolo tutto loro: buchi neri ultramassivi.
Il buco nero ultramassivo al centro della galassia OJ 287 è grande 18 miliardi di masse solari.
È così grande che ha un buco nero supermassivo quasi 40 volte più grande di Sagittarius A*,
che vi orbita intorno! Tale oggetto sfida l'immaginazione ed è davvero difficile paragonarlo a qualsiasi altra cosa.
Potrebbe tranquillamente contenere tre sistemi solari affiancati al suo interno.
Concludiamo questa folle competizione giungendo al re dei re.
TON 618, un buco nero che possiamo osservare mentre consuma quantità di materia equiparabili a intere galassie,
brilla con la luminosità di centomila miliardi di stelle, ed è visibile da 18 miliardi di anni luce di distanza.
Ha un'incredibile dimensione di 66 miliardi di masse solari. Un buco nero così grande che la luce ci metterebbe
una settimana per raggiungere la singolarità dopo aver attraversato l'orizzonte degli eventi.
Circa 11 sistemi solari potrebbero stare al suo interno uno di fianco all'altro. Potrebbe benissimo essere il più grande
corpo unico dell'Universo. Ma, in realtà, probabilmente è ancora più grande.
Dato che TON 618 è così lontano, noi vediamo solo come appariva 10 miliardi di anni fa.
In ogni caso, i buchi neri sono spaventosi, misteriosi e giganteschi.
Saranno qui dopo che tutto il resto sarà morto, e cresceranno sempre di più.
Bene, ora lasciateci fare questo viaggio un'altra volta. Dal buco nero più piccolo possibile,
fino al più grande.
Proviamo qualcosa di nuovo oggi, possiamo chiamarlo: "Dietro le bugie",
un breve dietro le quinte sulle inaccuratezze necessarie presenti in questo video.
Perché in realtà non è possibile classificare i buchi neri come se fossero carte collezionabili.
Come mai? Beh, mentre abbiamo catalogato milioni di stelle, abbiamo dati davvero
buoni solo per un paio di dozzine di buchi neri. Questo perché l'osservazione dei buchi neri non è stata
proprio il nostro forte fino a 50 anni fa e tecnicamente non lo è ancora oggi, perché non possiamo vedere i buchi neri.
Possiamo solo ricavare le loro proprietà dallo studio dei loro effetti gravitazionali sulla materia intorno a loro,
come le orbite delle stelle che si avvicinano a loro. Questo effetto dipende dalla massa
del buco nero, e possiamo approssimarlo al livello più elementare mediante le leggi di Keplero.
Ma questo avviene con enormi incertezze e margini di errore.
Poi dobbiamo convertire la massa in dimensioni, cosa che porta nuove incertezze.
Per esempio, abbiamo calcolato il raggio dalla massa usando l'equazione di Schwarzschild,
che, al fine di semplificare, assume che i buchi neri siano perfettamente sferici e non ruotino,
una tipologia di buco nero che in verità non esiste. La realtà è che la fisica a queste scale è un po' confusa.
Quindi i buchi neri di cui abbiamo parlato qui potrebbero essere molto più piccoli o molto più grandi.
Non lo sappiamo per certo. Abbiamo aggirato questo problema comparando diverse fonti
con diversi tipi di valori e usando differenti calcoli di massa per arrivare
a una lista standardizzata che ci ha permesso di essere accurati quanto umanamente possibile.
Puoi dare un'occhiata a tutto questo nelle nostre fonti documentali.
Come risultato questo testo è stato scritto con le lacrime di esperti che abbiamo fatto impazzire
con la nostra ossessione per la ricerca dei migliori valori che potevamo accettare.
In questo processo, un sacco di roba è stata tagliata e non è finita
nel video finale, ma fortunatamente abbiamo trovato un modo per non farla andare persa.
Abbiamo creato molta merce sui buchi neri, coprendo l'intero intervallo da qualcosa di folle a qualcosa di più serio.
In questo modo possiamo esplorare un argomento da differenti angolazioni,
e tu puoi continuare a divertirti con i buchi neri dopo la fine di questo video.