 I buchi neri sono delle regioni dello spazio-tempo  da cui nulla, nemmeno la luce, può scappare. Per ciascun corpo celeste, infatti, esiste una "velocità di fuga" dalla superficie, definita come la velocità minima necessaria ad un altro corpo (un sasso o un veicolo spaziale) per sfuggire alla sua attrazione gravitazionale  [122]. Per esempio, la velocità di fuga dalla superficie terrestre è di 11 Km/sec.
I buchi neri neri sono degli oggetti celesti con un campo gravitazionale [102] così intenso, che la velocità di fuga dalla loro superficie è maggiore della velocità della luce, per cui nulla che vi sia caduto dentro può sfuggirvi. Anche un segnale luminoso inviato verso l'esterno viene "piegato" dall'attrazione gravitazionale e "ricade" indietro. La superficie di non-ritorno (superata la quale non si riesce più ad uscire) si chiama "orizzonte degli eventi" .
Come si forma un buco nero?
Sappiamo che tutte le stelle, nel corso della loro vita, splendono grazie al delicato equilibrio tra l'attrazione gravitazionale che tende a comprimerle e la pressione di radiazione generata dal combustibile nucleare che brucia al loro interno e che tende a "gonfiarle". Una volta esaurito il combustibile nucleare, esse sono destinate a collassare su sé stesse andando a formare delle nane bianche o stelle di neutroni, oggetti piccoli e poco luminosi osservati nel nostro universo. Se però la massa di una stella è molto grande (almeno quattro volte di più di quella del Sole), allora l'attrazione gravitazionale è così forte che il collasso non si arresta mai e si forma un buco nero. Alcuni astronomi ritengono che anche al centro delle galassie, grazie alla concentrazione altissima di gas e polveri, si siano possano formare dei buchi neri.
Si può osservare un buco nero?
Ovviamente non è possibile "vedere" direttamente un buco nero, ma ci sono alcuni effetti dovuti alla sua presenza che sono osservabili. Ad esempio, se una nube di gas si trova nelle vicinanze di un buco nero, essa viene risucchiata per attrazione gravitazionale con un movimento a spirale e le particelle che compongono il gas subiscono un'accelerazione così forte da produrre raggi X visibili anche dalla Terra. In particolare questo fenomeno è stato osservato in alcuni sistemi binari (due stelle vicine che orbitano una attorno all'altra) in cui una stella di neutroni cede gas e polveri ad una compagna "oscura" emettendo radiazione X. Segnali analoghi possono essere trovati anche studiando le emissioni provenienti dal centro di alcune lontane galassie, come le quasar.
Cosa accade dentro un buco nero?
Non è facile saperlo, perché anche se qualcuno vi entrasse, non potrebbe più tornare fuori a raccontarlo. Esistono comunque alcune interessanti ipotesi al riguardo. Per esempio il cosmologo inglese Stephen Hawking  nel 1974 ha calcolato che, secondo la meccanica quantistica, i buchi neri dovrebbero emettere radiazione con caratteristiche precise. In meccanica quantistica, infatti, è possibile che si formino "dal nulla" delle coppie particella-antiparticella (con energia totale uguale a zero [26] ). Se dunque immaginiamo che si formi una di queste coppie appena fuori dall'orizzonte degli eventi di un buco nero e che l'antiparticella (con energia negativa) cada dentro al buco nero, mentre la particella (con energia positiva) scappi via, noi potremmo osservare un flusso di particelle provenienti dal buco nero. Questa è la cosiddetta "radiazione Hawking". Con questo fenomeno il buco nero consuma a poco a poco tutta la sua massa-energia, restituendo sotto forma di radiazione quanto ha inghiottito in precedenza. Purtroppo però viene "cancellata" qualunque informazione riguardo al tipo di materia che aveva in origine formato il buco nero. Questo è il cosiddetto "paradosso dell'informazione", che lo stesso Hawking ha annunciato di aver risolto: effetti quantistici sull'orizzonte degli eventi permetterebbero all'informazione all'interno del buco nero di non essere completamente persa [137] . Sfortunatamente, la radiazione Hawking è un fenomeno così debole che per il momento non c'è speranza di riuscire ad osservarlo.
Per quanto riguarda la struttura spazio-temporale all'interno di un buco nero esistono solo alcune ipotesi. Ad esempio, è stato calcolato che in Relatività Generale esistono delle configurazioni geometriche dello spazio-tempo chiamate "wormholes" (letteralmente "buchi di vermi"), tunnel spazio-temporali che collegano due buchi neri e forse due universi. In teoria esisterebbe quindi la possibilità di passare da una parte all'altra dell'universo (o da un universo all'altro) attraverso uno di questi tunnel, come si vede in molti film di fantascienza. In fisica, però, il fatto che una certa soluzione sia permessa dalle equazioni non implica necessariamente che debba essere realizzata in natura, per cui non possiamo essere certi dell'esistenza di questi tunnel. Esistono poi altre complicazioni. Chi volesse entrare in un buco nero dovrebbe trovare un sistema per non rimanere stritolato dalle forze di marea gravitazionale: la differenza di intensità tra il campo gravitazionale alla testa e ai piedi dell'avventuroso astronauta in prossimità del buco nero sarebbe così forte da stirarlo come uno spaghetto. Una volta entrato, poi, dovrebbe trovare un sistema per venirne fuori, che non fosse sotto forma di radiazione Hawking.
Francesca Rosati – Fisico
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