Il premio Nobel per la fisica di quest’anno è stato assegnato a tre scienziati per il loro lavoro sui buchi neri. Il cosmologo britannico Roger Penrose riceverà metà del premio, mentre la metà rimanente sarà divisa tra l’astrofisico tedesco Reinhard Genzel e l’astrofisica americana Andrea Ghez. Ghez è solo la quarta donna nella storia a ricevere il venerabile premio di fisica.
“Il premio di quest’anno riguarda i segreti più oscuri dell’universo”, ha detto Göran K. Hansson, segretario generale della Royal Swedish Academy of Sciences, in un evento stampa. L’accademia ha riconosciuto Penrose per la sua “scoperta che la formazione dei buchi neri è una previsione robusta della teoria generale della relatività”, ha aggiunto Hansson, mentre Ghez e Genzel sono stati premiati “per la scoperta di un oggetto compatto supermassiccio al centro della nostra galassia.”
I buchi neri sono regioni di spazio in cui la forza di gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire. Per crearne uno, ha detto Ulf Danielsson, un fisico del Comitato del Nobel per la Fisica, durante l’evento, “bisognerebbe comprimere il sole in una regione di pochi chilometri – o spremere la Terra fino alle dimensioni di un pisello”. Nel cuore di ogni buco nero si troverebbe una “singolarità”, un punto in cui la gravità comprime la materia a densità infinita, avvolta da un “orizzonte degli eventi” oltre il quale qualsiasi cosa che vi cade non potrebbe tornare nel più ampio universo esterno. Anche se gli scienziati hanno speculato sulla loro esistenza per secoli, non era chiaro se tali oggetti estremi potessero verificarsi nella realtà. Anche Albert Einstein – la cui teoria generale della relatività costituisce la base moderna per la comprensione dei buchi neri – ha messo in dubbio la loro esistenza.
Ma nel 1965 Penrose, un fisico che ha lavorato con Stephen Hawking e ora è un professore emerito presso l’Università di Oxford, matematicamente “ha dimostrato che i buchi neri potrebbero davvero esistere, formando in un processo stabile e robusto” coerente con le teorie di Einstein, David Haviland, un fisico presso il KTH Royal Institute of Technology in Svezia e presidente del comitato per il premio di fisica, ha detto ai giornalisti.
“Penrose e Hawking hanno dimostrato che, per le stelle di un certo tipo, i buchi neri sono un risultato praticamente inevitabile del collasso stellare”, dice Sabine Hossenfelder, un fisico teorico presso l’Istituto di Francoforte per gli studi avanzati in Germania. “Prima di questo lavoro rivoluzionario, la maggior parte dei fisici pensava che i buchi neri fossero solo curiosità matematiche che appaiono nella relatività generale, ma che non esistessero nella realtà. Invece si è scoperto che i buchi neri sono difficili da evitare nel collasso stellare e che l’universo dovrebbe essere pieno di loro…. La storia della scoperta dei buchi neri dimostra vividamente quanto possa essere potente la matematica pura nella ricerca della comprensione della natura.”
Il lavoro di Penrose sui buchi neri non si è fermato a dimostrare la loro possibilità secondo la relatività generale, nota Avi Loeb, un astrofisico della Harvard University e direttore della sua Black Hole Initiative. Penrose ha anche mostrato come estrarre energia dai buchi neri che girano – il cosiddetto processo di Penrose, che potrebbe giocare un ruolo importante nell’alimentazione dei quasar, gli oggetti ultraluminosi legati ai voraci buchi neri nei nuclei di antiche galassie lontane. E “l’ipotesi della censura cosmica” di Penrose, dice Loeb, “salva la nostra capacità di predire il futuro in tutto l’universo dalla patologia delle singolarità associate ai buchi neri, dove la teoria di Einstein si rompe…. Proprio come a Las Vegas, ‘qualunque cosa accada all’interno dell’orizzonte degli eventi, rimane all’interno dell’orizzonte degli eventi'”
Mentre Penrose, Hawking e altri teorici stavano codificando le basi fisiche dei buchi neri, gli astronomi osservazionali cercavano e studiavano questi oggetti esotici in maniera sempre più dettagliata.
Una scoperta rivoluzionaria cominciò ad emergere negli anni ’90. Genzel – direttore dell’astronomia a infrarossi all’Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre a Garching, in Germania – e Ghez – professore all’Università della California, Los Angeles – erano ognuno alla guida di un team di ricerca indipendente che utilizzava potenti telescopi a infrarossi potenziati con ottica adattiva per scrutare nel cuore avvolto dalla polvere della Via Lattea. Entrambe le squadre hanno visto stelle che brulicavano intorno a una misteriosa fonte centrale oscura, un oggetto invisibile che, secondo i movimenti delle stelle, doveva contenere la massa di quattro milioni di soli. “Non c’è altra spiegazione che un buco nero supermassiccio”, ha detto Danielsson.
Le osservazioni successive, principalmente dal telescopio spaziale Hubble, hanno rivelato che tali buchi neri in scala si nascondono nei centri di quasi tutte le grandi galassie dell’universo osservabile. Questa osservazione suggerisce che questi oggetti, lungi dall’essere semplici arcani astrofisici, sono forse i mattoni più cruciali dell’universo per strutture cosmiche su larga scala.
“La scienza è così importante, e presentare la realtà del nostro mondo fisico è fondamentale per noi come esseri umani”, ha detto Ghez in un’intervista con i giornalisti dopo aver saputo del suo premio. “Non abbiamo idea di cosa ci sia dentro i buchi neri…. Essi rappresentano davvero la rottura della nostra comprensione delle leggi della fisica.
I team di Genzel e Ghez continuano a fare nuove scoperte sul buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea, soprannominato Sagittarius A*, come i nodi di gas surriscaldato che brillano mentre spirano nell’oblio. Nuove strutture, tra cui il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e l’interferometro Virgo, stanno studiando la fusione di coppie di buchi neri rilevando le loro emissioni di increspature nello spazio chiamato onde gravitazionali. E le osservazioni radio in corso di Sagittarius A*, così come le indagini di un altro oggetto supermassiccio nella vicina galassia M87 fatte dal telescopio Event Horizon Telescope (EHT), stanno generando immagini rivoluzionarie da vicino di questi mostri cosmici.
“Tutte queste tecniche rivoluzionarie ci portano più vicini che mai ai confini dell’ignoto, offrendo nuovi modi per studiare gli oggetti più misteriosi del cosmo e per testare le nostre teorie più fondamentali”, dice Sheperd Doeleman, direttore fondatore dell’EHT. “I risultati degli ultimi anni ci hanno permesso di porre domande che non avremmo mai potuto formulare prima. Ma soprattutto, ci permettono di sognare in grande. Il lavoro celebrato oggi dai premi Nobel è trasformativo, e il futuro dei buchi neri, come si dice, è luminoso!”
“Questa non è solo una vecchia avventura che arriva alla sua conclusione trionfale”, ha detto Danielsson. “È un nuovo inizio. Mentre sondiamo sempre più vicino agli orizzonti dei buchi neri, la natura potrebbe riservare nuove sorprese.”
.