Non solo Black Friday: questa settimana nello spazio è anche il Black Hole Friday, la festa che celebra i buchi neri, misteriosi oggetti cosmici formati da massicce quantità di materia compressa in un piccolo spazio, proprio come gli acquisti che in questi giorni vengono ammassati nelle borse della spesa di tutto il mondo grazie ai saldi pre-natalizi. In occasione della settimana più famosa per gli sconti in tutto il mondo, anche le agenzie spaziali come la NASA e l’Esa, hanno messo in sconto i propri gadget e i propri prodotti. In occasione di questa settimana di saldi parleremo di come i buchi neri vengono, per così dire… “scontati”. Infatti, un fenomeno che accomuna i buchi neri è la sua evaporazione, un processo che in miliardi di anni farebbe evaporare in maniera completa il corpo celeste più misterioso della nostra galassia.

L’aspetto più segreto di un buco nero

Hawking sostenne nel 1974 che i buchi neri emettevano radiazioni termiche e che queste sono tanto maggiori quanto minore è la loro massa e quindi la loro dimensione. Pertanto un buco nero con la stessa massa del Sole avrebbe una temperatura di radiazione di 0,0000004 K (0°K che corrispondono a -273 °C); se avesse invece la massa della Terra, sarebbe di 0,1 K. Prendiamo in considerazione due casi estremi: un buco nero con una massa di un miliardo di soli, come quelli che sembrano essere il motore centrale delle galassie, avrebbe una temperatura di 10^-16 K; invece, un buco nero con una massa di 10^18 kg, l’avrebbe di 7.000K. Visto che la sua dimensione sarebbe di 10^-13 cm, potremmo dire dire che un buco nero di questo tipo altro non è che è una stella in miniatura. Se il vuoto interstellare fosse rigorosamente vuoto, i campi quantistici avrebbero in quel vuoto un valore constante per la loro energia e, pertanto, potremmo conoscere il loro valore in qualsiasi istante di tempo. Ma poiché questo sarebbe in contraddizione con il principio di Heisenberg, dobbiamo concludere che dove c’era il vuoto deve sorgere qualcosa che permetta ai campi quantistici di comportarsi come bambini capricciosi e incostanti quali in realtà sono. Quel qualcosa sono coppie di particelle che si generano e che istantaneamente sono assorbite dal vuoto. Per esempio, un elettrone e un positrone sono particelle identiche ma con cariche elettriche opposte (queste particelle sono chiamate virtuali perché la loro cortissima vita impedisce di osservarle direttamente).

Immaginate che queste fluttuazioni del vuoto si presentino proprio al limite dell’orizzonte degli eventi. Siccome l’attrazione gravitazionale in questo punto è feroce, potrebbe accadere che prima di essere riassorbita, una delle particelle attratta dal buco nero, vi cadesse dentro, mentre la sua compagna riuscisse a sfuggire. Per un osservatore esterno uscirebbe energia dal buco in forma di particelle. Pertanto, si dovrebbe concludere che della coppia iniziale al particelle virtuali, la particella che sfugge si porta energia positiva e quella che cade nel buco nero, lo fa con energia negativa; se non accadesse questo, l’energia non verrebbe mantenuta. In sintesi, il buco sta cedendo energia alle particelle emesse. Per questo, il buco nero perderebbe massa e, di conseguenza, ridurrebbe la sua dimensione fino a scomparire!

Vita di un buco nero

Questo processo ipotetico è noto come evaporazione di un buco nero e l’energia emessa, è responsabile della temperatura di cui abbiamo parlato all’inizio, la radiazione di Hawking.
Tuttavia, la loro vita media aumenta con la massa, in modo tale che per quelli con una massa di 10^-5 g, la durata di vita sarebbe di 10^-30 anni. Per i buchi neri di 10^15 g  la durata media di vita è circa 10.000 milioni di anni, e per la massa del Sole, di 10^64 anni, un’età ben al di sopra dell’età dell’Universo. In sintesi, i buchi neri primordiali di circa 10^15 g, ora sarebbero tutti in evaporazione. Nella fase di evaporazione, questi buchi primordiali dovrebbero produrre getti di particelle molto simili a quelle che si trovano nei grandi acceleratori di particelle. Sarebbe come un lampo di luce! Tuttavia, ancora non si è rilevato nessun buco nero in evaporazione!