I buchi neri nell’universo non sono semplici oggetti esotici confinati nelle profondità cosmiche. Anche se invisibili, la loro influenza modella le galassie, sostiene tecnologie moderne e ridefinisce la comprensione umana dei propri limiti. Questa visione, oggi centrale nello studio dei buchi neri è stata ribadita dalla teorica Priyamvada Natarajan dell’Università di Yale durante un incontro del World Economic Forum a Davos. La ricecatrice ha illustrato come decenni di ricerca abbiano trasformato una curiosità matematica in un pilastro della cosmologia moderna e della vita quotidiana.
Come i buchi neri influenzano la nostra vita
Secondo Natarajan, il legame tra buchi neri e tecnologia è sorprendentemente diretto. Come ha spiegato agli ascoltatori: “I buchi neri hanno una relazione molto intima con ciascuno di voi”, ricordando che “Siete arrivati a Davos perché le stesse equazioni che governano e spiegano i buchi neri in realtà guidano il GPS.” Queste equazioni derivano dalla relatività generale di Albert Einstein, la teoria che descrive come massa ed energia curvino spazio e tempo. I buchi neri rappresentano la manifestazione più estrema di questa curvatura, ma la stessa matematica è essenziale per calcolare le sottili differenze temporali tra orologi terrestri e satellitari.
Gli orologi a bordo dei satelliti GPS scorrono infatti leggermente più veloci rispetto a quelli sulla superficie terrestre, perché si trovano in un campo gravitazionale più debole. Senza la correzione relativistica, che nasce dagli stessi principi teorici impiegati per comprendere i buchi neri nell’universo, gli errori di navigazione crescerebbero rapidamente, rendendo il sistema inutilizzabile. È un esempio concreto di come la fisica estrema si traduca in infrastruttura quotidiana.
Per gran parte del XX secolo, tuttavia, i buchi neri erano considerati soprattutto soluzioni matematiche delle equazioni di Einstein, prive di conferme osservative. Questo scenario cambiò negli anni Sessanta, quando gli astronomi identificarono Cygnus X-1, una potente sorgente di raggi X riconosciuta come il primo candidato convincente a buco nero. Da quel momento, l’astrofisica iniziò a collegare sistematicamente teoria e osservazione.
Una nuova teoria
Oggi sappiamo che la maggior parte delle grandi galassie, inclusa la Via Lattea, ospita al centro buchi neri supermassicci. Le loro masse risultano strettamente correlate alle proprietà delle galassie ospiti, suggerendo una coevoluzione tra strutture cosmiche e buchi neri. Tuttavia, questa immagine aggiornata ha aperto un enigma. Osservazioni telescopiche recenti mostrano che tali giganti esistevano già quando l’universo aveva solo poche centinaia di milioni di anni. Le loro dimensioni e la rapidità di crescita sfidano i modelli tradizionali, secondo cui i buchi neri nascono dal collasso di stelle simili al Sole e crescono lentamente accumulando materia. L’origine dei primi buchi neri nell’universo rimane quindi una delle questioni più persistenti dell’astrofisica.
Per affrontare questo problema, Natarajan e i suoi collaboratori hanno proposto un percorso alternativo: la formazione di buchi neri senza la fase stellare intermedia. In condizioni primordiali particolari, enormi nubi di gas incontaminato, che normalmente si frammenterebbero formando stelle, potrebbero collassare direttamente in buchi neri massicci. Questi oggetti, detti buchi neri da collasso diretto, avrebbero raggiunto masse di decine o centinaia di migliaia di volte quella del Sole entro poche centinaia di milioni di anni dal Big Bang. Semi così grandi aiutano a spiegare la presenza, in un universo primordiale, di buchi neri con masse di miliardi di soli.
Un sistema di questo tipo, ha spiegato Natarajan, sarebbe “una galassia con un buco nero sovramassiccio la cui luce è dominata non dalle stelle ma da un buco nero in crescita al suo centro.” Più di un decennio fa, il suo gruppo aveva previsto che questi buchi neri avrebbero lasciato firme osservative distintive, rilevabili da strumenti futuri come il James Webb Space Telescope (JWST) e l’osservatorio a raggi X Chandra. Negli ultimi anni, tali previsioni hanno iniziato a trovare conferma.
Le osservazioni del telescopio JWST
Un esempio notevole è UHZ1, che mostra come buchi neri supermassicci in accrescimento fossero già presenti appena 470 milioni di anni dopo il Big Bang, con masse pari a circa 10 milioni di soli. Un altro caso emblematico è la cosiddetta Infinity Galaxy. Le osservazioni del JWST hanno rivelato due nuclei galattici compatti circondati da strutture ad anello, probabilmente generate da una collisione frontale tra galassie a disco. Tra di essi si trova un buco nero supermassiccio non centrato in nessuna delle due galassie, ma immerso in un vasto serbatoio di gas. Questi scenari ampliano il quadro evolutivo si questi giganti dell’universo.
Per Natarajan, assistere a questa convergenza tra teoria e osservazione è straordinario. “È entusiasmante essere presenti e, nell’arco di una carriera, avere la fortuna di fare previsioni verificabili, che sono state testate e validate”. Il progresso nello studio dei buchi neri dimostra quanto rapidamente la cosmologia possa trasformarsi grazie a strumenti osservativi di nuova generazione. Oltre all’impatto scientifico, queste scoperte portano con sé anche una dimensione filosofica. “Studiare la cosmologia in generale e i buchi neri in particolare infonde davvero un senso di umiltà cosmica” ha affermato Natarajan. Questa prospettiva invita a considerare il posto dell’umanità in un contesto immensamente più vasto.
Guardare il cielo significa anche osservare il passato. Come ha concluso la scienziata: “Guardare verso l’universo, permette in modo unico di guardare indietro nel tempo e ricostruire questa bellissima storia cosmica di cui facciamo parte”. In questo senso, lo studio dei buchi neri nell’universo non è soltanto una ricerca tecnica, ma una narrazione che collega tecnologia, storia cosmica e consapevolezza umana, mostrando come l’indagine scientifica possa ridefinire la nostra comprensione del reale.
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