Spaghettificazione: cosa succede davvero a un corpo che cade in un buco nero

Stephen Hawking lo chiamò spaghettification e ammise di aver scelto quel nome solo perché strappava un sorriso. La parola è entrata in italiano come spaghettificazione ed è oggi un termine tecnico dell'astrofisica: descrive ciò che accade alla materia quando precipita verso un buco nero abbastanza piccolo perché la gravità tiri i piedi di un astronauta molto più forte di quanto tiri la sua testa. La differenza è così brutale che il corpo si allunga fino a diventare un filamento lungo migliaia di chilometri. Non è una metafora: è un calcolo che si fa con la fisica di Newton.

Da dove nasce il termine

Hawking introduce la parola in Dal Big Bang ai buchi neri (1988). Nel capitolo dedicato ai buchi neri descrive cosa accadrebbe a un astronauta che, scendendo lungo la verticale di un buco nero, sentisse i piedi attratti più forte della testa: «La differenza di gravità vi farebbe a pezzi in modo gradevole, allungandovi come spaghetti». L'immagine è talmente efficace che la NASA la usa anche nelle sue pagine divulgative su come i buchi neri trattano la materia in caduta.

La fisica delle forze di marea

Il fenomeno non richiede la relatività generale per essere capito. È una forza di marea, la stessa che la Luna esercita sulla Terra: l'oceano è attratto più forte sul lato rivolto al satellite e più debolmente sul lato opposto, generando le maree. Vicino a un buco nero la differenza fra due punti distanti pochi metri può superare miliardi di volte la gravità terrestre. La forza che separa i piedi dalla testa cresce come 1/r³, dove r è la distanza dal centro. Avvicinandosi, ogni dimezzamento della distanza fa aumentare la forza di otto volte.

Paradossalmente, intorno ai buchi neri più grandi questo strappo è meno violento: in un buco nero supermassiccio come Sagittarius A* la cosiddetta sfera mareale è dentro l'orizzonte degli eventi. Lo spiega bene la voce di Wikipedia in inglese sulla spaghettificazione: in un buco nero stellare il malcapitato verrebbe stirato già a milioni di chilometri di distanza; in un buco nero da milioni di masse solari potrebbe attraversare l'orizzonte ancora intero, almeno per qualche istante. Una buona notizia che è in realtà una pessima notizia.

L'abbiamo davvero osservata?

Sì. Quando una stella si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio gli astronomi parlano di tidal disruption event, evento di disruzione mareale. La stella si allunga in un filamento di plasma e parte di quel materiale, prima di sparire oltre l'orizzonte, si scalda al punto da emettere un lampo elettromagnetico visibile da miliardi di anni luce. Nel 2019 il telescopio Las Cumbres Observatory catturò l'evento AT2019qiz, a 215 milioni di anni luce dalla Terra, ed è considerato il caso meglio documentato di sempre. L'articolo originale di Nicholl e colleghi su MNRAS mostra in tempo reale la stella che viene letteralmente stirata.

Quanto durerebbe il viaggio?

Dipende dalla massa del buco nero. Per un buco nero stellare di 10 masse solari la spaghettificazione comincia a circa 1.000 chilometri dall'orizzonte e dura meno di un decimo di secondo. Per un mostro supermassiccio come il buco nero al centro della nostra galassia, fotografato dall'Event Horizon Telescope nel 2022, l'allungamento dura molto più a lungo ma resta concentrato nei minuti finali. Per chi guarda da fuori, invece, l'astronauta sembrerebbe rallentare progressivamente fino a fermarsi sull'orizzonte, vittima della dilatazione gravitazionale del tempo descritta dalla relatività generale. Una bizzarra asimmetria: chi cade muore in fretta, chi guarda lo vede non finire mai.

L'orizzonte degli eventi non è un muro

Un'idea diffusa è che varcando l'orizzonte si sbatta contro qualcosa di solido. Non è così. L'orizzonte degli eventi è una superficie matematica: il punto di non ritorno oltre il quale neppure la luce può sfuggire. Localmente, attraversandolo, non si percepisce nulla di speciale (se non, appunto, la spaghettificazione già in corso). È la singolarità al centro che è davvero estrema: secondo la relatività generale lo spaziotempo si curva all'infinito, e la fisica come la conosciamo cessa di funzionare. Per quel passaggio servirà una teoria quantistica della gravità che ancora non abbiamo, come ricorda la voce dell'Enciclopedia Britannica.

FAQ rapide

• Si può sopravvivere alla spaghettificazione? No: le forze in gioco superano qualunque resistenza meccanica della materia. Anche un protone è destinato a separarsi.
• I buchi neri più grandi sono più sicuri? Letteralmente, sì: in un supermassiccio si attraversa l'orizzonte degli eventi prima di sentire forze di marea distruttive. Resta però la singolarità al centro.
• Si è mai osservato direttamente? Solo indirettamente, attraverso i bagliori delle stelle disgregate. La spaghettificazione è invisibile, ma l'energia che libera è fra le più intense dell'universo.

La parola è nata come una battuta in mezzo a un calcolo. Settant'anni dopo, è uno dei pochi nomi divertenti rimasti in un campo dove tutto sembra fatto apposta per intimidire chi non parla matematica. Hawking sarebbe contento di sapere che dura.