I buchi neri sono enormi fenomeni cosmici così grandi che nemmeno la luce può lasciarli. La maggior parte delle persone pensa che tutto ciò che fanno i buchi neri sia sedersi e mangiare frammenti di gas o polvere erranti.
Ma i buchi neri potrebbero effettivamente avere vite interiori più interessanti? Possono, ad esempio, esplodere? Se l'esplosione significa "un rilascio improvviso e a breve termine di un'enorme quantità di energia", la risposta è un inequivocabile sì. E la cosa più interessante è che possono persino esplodere in diversi modi interessanti.
C'è un modo in cui i buchi neri possono esplodere. Questo processo è spiegato dal fatto che i buchi neri non sono completamente neri, cosa che fu scoperta dal famoso astrofisico Stephen Hawking nel 1976.
"Nella fisica classica, nulla può uscire da un buco", ha detto a Live Science in una e-mail Sameer Mathur, un fisico della Ohio State University. "Ma Hawking ha scoperto che, attraverso la meccanica quantistica, il buco sottrae lentamente la sua energia all'infinito emettendo radiazioni a bassa energia, chiamate radiazioni di Hawking".
Fino a quando un buco nero non assorbe nuovo materiale, perderà lentamente massa mentre emette radiazioni di Hawking, ma è lento. Un tipico buco nero con una massa più volte quella del Sole emette circa un fotone, o pacchetto di luce, ogni anno. A questo ritmo, un tipico buco nero impiega 10^100 anni per evaporare completamente.
Ma Hawking si è reso conto che i buchi neri più piccoli evaporano molto più velocemente. Man mano che un buco nero diventa sempre più piccolo, emette sempre più radiazioni. Negli ultimi istanti della sua vita, un buco nero emette così tante radiazioni, e così rapidamente, che si comporta come una bomba, rilasciando un flusso di radiazioni e particelle ad alta energia.
Se piccoli buchi neri (delle dimensioni della Terra) si fossero formati nell'universo estremamente primordiale, avrebbero impiegato diversi miliardi di anni per evaporare, il che significa che questi buchi neri "primordiali", se esistono, stanno esplodendo in tutto l'universo in questo momento. Ad oggi, gli astronomi non hanno trovato prove di esplosioni primordiali di buchi neri, ma potrebbero essere in giro.
I buchi neri esplodono in un diverso tipo di esplosione che non si trova in nessun'altra parte dell'universo a causa della loro rotazione. I buchi neri rotanti – chiamati anche buchi neri di Kerr dal matematico neozelandese Roy Kerr, che per primo capì come funzionano – creano un'ergosfera attorno ai loro orizzonti degli eventi. L'ergosfera è una regione allungata dello spazio in cui nulla può rimanere fermo. Tutto ciò che cade su un buco nero rotante inizia a ruotare attorno ad esso mentre la particella entra nell'ergosfera.
Anche lo spazio-tempo attorno a un buco nero rotante può attrarre fotoni. Se ci sono abbastanza fotoni, possono rimbalzare l'uno sull'altro o su eventuali particelle vaganti. A volte il rimbalzo fa sì che i fotoni lascino l'ergosfera. Ma in altri casi, il rimbalzo fa sì che i fotoni cadano più in profondità nel buco nero, dove guadagnano energia. Possono quindi dissiparsi di nuovo su un'orbita più alta e poi ricadere di nuovo.
Con ogni ripetizione di questo processo e con ogni viaggio intorno al buco nero, il fotone guadagna energia. Questo processo è chiamato "irradiazione eccessiva". Se il fotone finalmente si libera, avrà un'enorme quantità di energia rispetto a quando ha iniziato il suo viaggio.
Se un numero sufficiente di fotoni è coinvolto in questo processo, possono esplodere con un'energia incredibile, trasformandosi in una cosiddetta "bomba del buco nero". Anche se il buco nero stesso non esplode, questo effetto di superradiazione mostra ancora una volta quanto potentemente i buchi neri possano influenzare l'ambiente.
Il modo più comune in cui i buchi neri causano esplosioni non è la loro autodistruzione, ma la forza della loro irresistibile forza gravitazionale. Buchi neri supermassicci si trovano al centro delle galassie e talvolta grandi ammassi di materia, come le stelle, passano troppo vicino. Quando ciò accade, la stella viene lacerata dagli effetti delle maree e questo strappo si traduce in un rilascio esplosivo di energia. Gli astronomi sulla Terra possono osservare questo rilascio di energia come una breve ma intensa esplosione di raggi X e raggi gamma.
Oltre a distruggere le stelle, questi buchi neri supermassicci spesso raccolgono sciami di materia che vorticano costantemente intorno a loro in giganteschi dischi di accrescimento. I dischi di accrescimento raggiungono temperature di quadrilioni di gradi, il che li rende gli oggetti più luminosi dell'universo: un disco luminoso può eclissare più di un milione di galassie contemporaneamente.
Alla loro massima potenza, i dischi creano campi elettrici e magnetici che trascinano parte del materiale del disco attorno ai buchi neri in getti lunghi e sottili che si estendono per decine di migliaia di anni luce. Sebbene questi getti non siano tecnicamente esplosioni, sono comunque piuttosto intensi.
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