Categoria: Astrofisica

Un Buco Nero (Black Hole in inglese) è un oggetto molto particolare dell’universo.
Si tratta di una singolarità, una regione dello spazio e del tempo dove le leggi della fisica assumono forme strane.
Previsti dalla relatività generale di Einstein sono un’ulteriore prova tangibile della veridicità di tale teoria gravitazionale.
Lo studio del moto di un raggio di luce permette di studiare più nel dettaglio un Buco Nero.

Immagine dell’ombra del Buco Nero di M87

Albert Einstein nel 1916 pubblicò, dopo anni di studi, la sua celebre opera sulla relatività generale: “Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie” (“Le basi della teoria della relatività generale”, qui l’articolo originale) nella quale descrive come la gravità può essere descritta mediante leggi geometriche e non tramite l’utilizzo delle leggi della meccanica derivate da Newton molti anni prima, sempre valide in approssimazione di basse velocità.
Tale articolo ha segnato una svolta nella fisica. Infatti, negli anni successivi moltissimi dubbi sono stati risolti applicando le leggi della relatività generale al caso specifico.

La teoria della relatività generale sin da subito ha dato prova della sua consistenza.
Nel 1919 Arthur Eddington osservò l’eclissi solare dall’isola di Principe durante la quale verificò sperimentalmente il fatto che una stella massiva deflette (curva) i raggi luminosi emessi dalle stelle poste dietro alla stella stessa.

Natura dei Buchi Neri

Un Buco Nero è un oggetto esotico che si origina dal collasso gravitazionale delle stelle massive ultra compatte. Il nome deriva dal fatto che essendo regioni dello spazio-tempo a curvatura elevatissima nemmeno la luce, oggetto che viaggia alla velocità più alta permessa dalla fisica, riesce ad uscirvi, per questo motivo viene chiamato “nero”.
Il limite oltre il quale il Buco Nero cattura definitivamente la luce è chiamato orizzonte degli eventi, nonostante non si possa osservare direttamente il 10 Aprile 2019 l’ Event Horizon Telescope ha pubblicato la prima foto “dell’ombra” del buco nero presente in M87 in seguito ad anni di osservazioni con tantissimi radiotelescopi.

Esistono due tipologie di Buchi Neri: rotanti e non rotanti. In questo articolo propongo lo studio delle traiettorie di raggi di luce che si avvicinano al Buco Nero con parametri d’impatto differenti.
Il parametro di impatto è una grandezza che quantifica la distanza perpendicolare tra la traiettoria del fascio di luce e il centro del Black Hole.

Per l’integrazione dei moti dei fasci luminosi si deve ricorrere ad algoritmi matematici che integrano (simulano) le traiettorie dati i parametri iniziali. Nel documento in allegato è presente la discussione del metodo di integrazione e della sua consistenza. E’ inoltre presente la derivazione numerica di alcuni parametri importanti per la caratterizzazione del moto.

Parametri fondamentali per la caratterizzazione del moto:

• Tempo di cattura: è il tempo necessario affinché il raggio di luce entra dentro l’orizzonte degli eventi, limite oltre il quale la luce non riesce più ad uscire, il fascio viene di fatto “catturato”;
• Parametro di impatto critico: valore del parametro di impatto che permette al Buco Nero di catturare un raggio di luce;
• Light Ring o anello di luce: è la regione che identifica proprio l’orizzonte degli eventi;