Ecco la candidatura più strana nella storia della fisica: l'uomo le cui equazioni resero pensabili i buchi neri trascorse parte della sua carriera a sostenerne l'impossibilità. Nel 1939, Albert Einstein prese la propria teoria della relatività generale e cercò di usarla per dimostrare che i buchi neri non potevano esistere.
L'universo si rifiutò di collaborare. Nel giro di una vita, gli astronomi ne pesarono uno, ne udirono due scontrarsi e infine ne fotografarono uno. Un buco nero è una regione in cui la gravità vince senza appello — tutto ciò che oltrepassa il confine resta lì, luce compresa — e la storia di come siamo arrivati a crederci è piena di scommesse, dubbi e un asterisco piazzato molto bene.
L'idea arrivò in una lettera del 1784
La primissima versione di un buco nero precede Einstein di oltre un secolo, e arrivò per posta. John Michell, astronomo e religioso inglese, calcolò che una stella con la densità del Sole ma 500 volte il suo raggio avrebbe inghiottito la propria luce: sulla superficie, la velocità necessaria per sfuggirle sarebbe stata superiore a quella della luce stessa. Pubblicò il calcolo in una lettera nel 1784.
La «stella oscura» di Michell si basava sulla fisica sbagliata, eppure arrivò all'idea giusta: una massa così concentrata che la luce non può sfuggirle. Ci vollero quasi due secoli perché il concetto smettesse di sembrare uno scherzo matematico.
Il dubbio più clamoroso venne da chi scrisse le equazioni
Il tentativo di Einstein del 1939 di escludere i buchi neri è una delle grandi ironie della scienza: la teoria che stava difendendo continuava silenziosamente a insistere sulla loro esistenza. La questione fu risolta — almeno dal punto di vista matematico — nel 1965, quando Roger Penrose dimostrò che la relatività generale prevede singolarità all'interno di ogni buco nero. Non erano un caso isolato di modelli ordinati e simmetrici destinato a svanire nel disordine dell'universo reale. Erano la regola.
Quel risultato trasformò i buchi neri da curiosità a previsione. Mancava ancora un esemplare reale, sospeso nel cielo, che gli astronomi potessero indicare.
Una scommessa che Stephen Hawking sperava di perdere
Tutto cominciò a puntare su Cygnus X-1, una violenta sorgente di raggi X nella costellazione del Cigno. Entro il 1971, diversi gruppi di ricerca l'avevano identificata indipendentemente come il primo candidato buco nero ad ottenere un largo consenso. L'oggetto si rifiutava di comportarsi come una stella normale, e le prove si facevano sempre più solide.
Abbastanza solide, in effetti, da meritare una scommessa. Nel 1975, Stephen Hawking e Kip Thorne fecero una scommessa amichevole sul fatto che Cygnus X-1 contenesse davvero un buco nero — e Hawking, che aveva passato anni a lavorare sulla teoria dei buchi neri, scommise deliberatamente contro, così che perdere la scommessa avrebbe comunque significato vincere sul piano della fisica. Si arrese nel 1990, quando le osservazioni non lasciavano più molto spazio al dubbio. Oggi l'oggetto compatto in Cygnus X-1 è stimato in circa 21,2 volte la massa del Sole — un oggetto che nessuna stella ordinaria a noi nota potrebbe spiegare.
I buchi neri non sono del tutto neri
Il premio di consolazione di Hawking fu più grande della scommessa stessa. Nel 1974 dimostrò che la teoria quantistica dei campi costringe i buchi neri a brillare — debolmente, come un corpo nero, a una temperatura determinata dalla loro gravità superficiale. Questo è l'effetto oggi noto come radiazione di Hawking, e significa che un buco nero può, in linea di principio, evaporare lentamente.
In pratica, per ora nessuno di essi si sta restringendo. Anche la classe più piccola osservata, i buchi neri stellari, assorbe attualmente più massa dalla radiazione cosmica di fondo — il tenue bagliore residuo del Big Bang — di quanta ne perda tramite la radiazione di Hawking. Per ora, il bilancio è solo in attivo.
Il giorno in cui lo spaziotempo suonò come una campana
Per cento anni, ogni verifica sui buchi neri fu indiretta. Poi, alla fine del 2015, le collaborazioni LIGO e Virgo colsero la prima rilevazione diretta di onde gravitazionali — un evento chiamato GW150914, e allo stesso tempo la prima fusione di buchi neri mai osservata.
I dettagli del segnale sono sbalorditivi. I due buchi neri che spiraleggiarono insieme avevano una massa pari a circa 30 e 35 volte quella del Sole, e la collisione avvenne a circa 1,4 miliardi di anni luce dalla Terra. Un'increspatura nello spaziotempo ha attraversato quella distanza ed è comunque stata registrata dagli strumenti qui sulla Terra. Sono seguite centinaia di rilevazioni simili, ma GW150914 fu il momento in cui i buchi neri smisero di essere silenziosi.
Ritratti di due mostri
Sentire i buchi neri non bastava; gli astronomi volevano vederne uno. Il 10 aprile 2019, l'Event Horizon Telescope pubblicò la primissima immagine diretta di un buco nero — il gigante supermassiccio al centro della galassia Messier 87, che brillava come un anello di braci intorno a un buco nel cielo.
Il seguito fu più vicino a casa. Nel 2022, la stessa collaborazione pubblicò un'immagine di Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra Via Lattea, ricostruita a partire da dati raccolti già nel 2017. Due ritratti, due galassie, un'unica fisica identica — la prova visiva più forte finora che gli orizzonti degli eventi sono luoghi reali, non semplice contabilità teorica.
Il peso massimo della porta accanto
La prima immagine di Sagittarius A, catturata dalla collaborazione Event Horizon Telescope. Foto: EHT Collaboration, Wikimedia Commons, CC BY 4.0*
Sagittarius A* è il buco nero che conosciamo meglio, e i numeri sono straordinariamente precisi. La sua massa risulta pari a 4,297 milioni di masse solari, con un margine di incertezza di appena 0,012 milioni — una precisione contabile che farebbe invidia a una banca. Si trova a circa 26.000 anni luce di distanza, e le sue dimensioni misurate ammontano a 51,8 milioni di chilometri — circa 32,2 milioni di miglia — di diametro.
Questa cifra merita un paragone. La Terra orbita a 150 milioni di chilometri dal Sole, e Mercurio scende a 46 milioni di chilometri al suo punto più vicino. Se si mettesse Sagittarius A* al posto del Sole, la sua ombra si estenderebbe oltre l'orbita di Mercurio — un singolo oggetto più ampio della prima corsia interna del Sistema Solare.
Un nome «eccitante» e un appetito irrequieto
L'asterisco in Sgr A* non è una nota a piè di pagina. Fu Robert Brown a inserirlo nel 1982: la sorgente radio gli sembrò «eccitante», e i fisici contrassegnano gli stati eccitati degli atomi con un asterisco. Potrebbe essere l'unico oggetto del cielo a portare il nome di uno stato d'animo.
Il nome è ancora azzeccato. Nel 2013, gli astronomi che osservavano con il telescopio a raggi X Chandra colsero Sgr A* mentre emetteva un bagliore 400 volte più luminoso del suo consueto mormorio silenzioso. Anche un buco nero perlopiù dormiente, a quanto pare, ricorda di tanto in tanto al vicinato chi comanda al centro della galassia.