Dove passa il confine
L'orizzonte è la distanza dal centro alla quale la velocità di fuga eguaglia quella della luce. Più vicino, nulla può uscire - non perché qualcosa trattenga un segnale: tutte le traiettorie lì portano verso l'interno. Sul confine non c'è materia: è pura geometria dello spazio vuoto.
Il raggio dell'orizzonte dipende dalla massa e cresce in proporzione a essa. Comprimi la Terra fino a farne un buco nero e il confine sarà una sfera grande quanto una ciliegia. Al posto del Sole, sarebbe una sfera di circa 3 km di raggio. Per Sagittarius A*, al centro della nostra Galassia, con circa 4 milioni di masse solari, l'orizzonte è a 12 milioni di km.
Questa linea non ha un segno locale: gli strumenti di un'astronave in caduta non rileverebbero nulla. E non puoi calcolare la posizione dell'orizzonte da una sola zona vicina: dipende dall'intero futuro del buco nero. Se fra un anno vi cadrà una nube di gas, l'orizzonte inizierà a espandersi in anticipo.
Perché chi cade non sentirà il passaggio
Non è il confine a essere pericoloso, ma la differenza di gravità: i piedi sono attratti più della testa e il corpo si allunga. All'orizzonte questa differenza è tanto più debole quanto più il buco nero è massiccio. Vicino a un buco nero di massa stellare, una persona verrebbe fatta a pezzi centinaia di km prima dell'orizzonte. In uno supermassiccio, l'allungamento al confine è così lieve che non lo sentiresti - la lacerazione avverrebbe più tardi, in profondità.
Quanto è percepibile il passaggio del confine per chi cade in un buco nero supermassiccio.
Eppure è cambiato tutto. Oltre l'orizzonte, «verso l'esterno» smette di essere una direzione nello spazio e diventa una direzione nel tempo: allontanarsi dal centro lì è impossibile quanto qui andare verso ieri. Un segnale inviato indietro va comunque più in profondità.
Cosa si vede dall'esterno
Dall'esterno, il quadro è opposto. Più un oggetto si avvicina all'orizzonte, più lentamente scorre il suo tempo per un osservatore lontano e più la sua luce diventa rossa. Formalmente, la sua immagine non attraversa mai il confine: resta ferma all'infinito proprio sul bordo.
Solo che qui «all'infinito» significa «invisibile». La luminosità cala in modo esponenziale e molto rapidamente: per un buco nero di massa stellare l'immagine svanisce in millisecondi, per uno supermassiccio in minuti. Nessuno vede un involucro luminoso di materia bloccata sull'orizzonte.
Luminosità di un oggetto in caduta per un osservatore esterno: a ogni passo è 3 volte più debole.
Nemmeno l'anello arancione nelle immagini dei buchi neri è l'orizzonte. La macchia scura al centro ha un raggio circa 2,6 volte maggiore: la luce che passa vicino si avvolge attorno al buco nero, e il bordo dell'ombra è determinato da questa ottica. Sono tutte previsioni della relatività generale; i fisici discutono ancora di cosa accada all'orizzonte tenendo conto degli effetti quantistici.
Finisci di leggere nell'app Miqo
Ancora 1 minuto, poi un quiz alla fine. Lo trovi in «Spazio → Buchi neri»
Inquadra il codice con la fotocamera del telefono per aprire App Store o Google Play.
Fonti
- Dimensioni dell'orizzonte - soluzione di Schwarzschild (1916). Immagini dell'ombra - Event Horizon Telescope: M87* (2019), Sagittarius A* (2022)