Il destino di un buco nero

Mi piacerebbe sapere qual è l'evoluzione temporale di un buco nero. Continuano a crescere indefinitivamente oppure a un certo punto "muoiono"? Mantengono sempre la stessa struttura o si trasformano?
Matteo Castellucci
13 aprile 2004
Un buco nero isolato, di principio, è destinato a rimanere immutato nel tempo. In effetti, si tratta proprio di una delle soluzioni stabili delle equazioni della Relatività Generale.

In realtà, ogni buco nero è circondato da materiale che può venire catturato. In questo modo il buco nero può aumentare la propria massa nel tempo (un processo che viene chiamato accrescimento).

Bisogna però tener presente che ogni buco nero ha una propria "sfera di influenza": solo la materia al suo interno può essere catturata. Di conseguenza, il processo di accrescimento non continuerà in eterno, ma prima o poi il serbatoio si svuoterà, ed il buco nero arresterà la sua crescita. Questo fenomeno si osserva ad esempio nei cosiddetti nuclei galattici attivi, all'interno dei quali crescono buchi neri estremamente massivi (con una massa fino a 10 miliardi di volte più grande del Sole), che però a un certo punto della loro esistenza smettono di crescere e diventano quiescenti. Di principio, non esiste alcun limite alla dimensione di un buco nero.

Esiste però un fenomeno aggiuntivo che regola il destino dei buchi neri, la cui spiegazione va ricercata negli effetti della Meccanica Quantistica. Nel 1974, Steven Hawking dimostrò che, sorprendentemente, un buco nero è in grado di emettere particelle, e quindi non è rigorosamente nero. Questa emissione, detta evaporazione, è dovuta alla produzione di coppie particella/antiparticella nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi (la superficie immaginaria dal cui interno non è possibile sfuggire alla gravità). È possibile che una delle due particelle appena create venga risucchiata all'interno del buco, mentre l'altra riesce a sfuggire. In questo modo il buco nero ha emesso una particella.

La rapidità con cui procede l'evaporazione, cioè il tasso di perdita di massa, dipende dalle condizioni iniziali del buco nero. Buchi neri di grande massa emettono pochissima radiazione, mentre buchi neri di piccola massa perdono la propria energia molto rapidamente. Tanto per dare un numero, il tempo necessario per l'evaporazione completa di un buco nero di massa iniziale pari a quella del Sole è pari a circa
2 × 1067 anni (10 seguito da 66 zeri!). Bisogna però segnalare che non esistono ad oggi verifiche dirette dell'evaporazione di un buco nero.

Daniele Malesani Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, København Universitet, Danimarca

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