Dossier

Buchi neri. Da Mitchell alla teoria delle stringhe, l'evoluzione di un'idea

Il pionieristico lavoro di Oppenheimer e Snyder

Diagramam di un collasso gravitazionale Ma anche i grandi scienziati prendono i loro abbagli e, nel caso specifico di Einstein, il suo maggiore fu ancora una volta quello di non prendere in considerazioni casi non stazionari.

E così, appena due mesi dopo che Einstein ribadì le sue convinzioni sul collasso gravitazionale, uscì un pionieristico lavoro di Julius Robert Oppenheimer (1904-1967) e del suo allievo Harland Snyder, dal titolo "Sull'attrazione gravitazionale continua", pubblicato sulla prestigiosa Physical Review nel 1939. Nel lavoro si affrontava il problema di cosa potesse accadere a una stella al termine della sua vita, ossia quando il combustibile nucleare fosse esaurito e nessuna forza fosse più in grado di arrestare il collasso indotto dalla forza di attrazione gravitazionale:

..una stella di massa poco superiore a quella del sole subirà una contrazione inarrestabile e la sua luce apparirà spostata verso il rosso fino a quando l'astro diverrà invisibile..

(Oppenheimer e Snyder, 1939)

I due dimostrarono matematicamente che una stella "sufficientemente pesante" avrebbe dato vita a un collasso inarrestabile dal quale si sarebbe formata una regione di intrappolamento dalla quale nulla sarebbe potuto uscire. Essi studiarono mediante le equazioni di Einstein il moto della superficie della stella nella sua fase di collasso. Secondo i loro calcoli un ipotetico osservatore posto sulla superficie dell'astro avrebbe visto la stella ridursi via via a ritmo sempre crescente fino a divenire un punto di densità infinita.

Naturalmente la fine dell'osservatore non sarebbe stata delle più serene.

Ancora un altro "infinito" aveva fatto la sua irruzione nei turbamenti dei fisici teorici. Tale infinito era quello che cadeva nel punto r=0 della soluzione di Schwarzschild, e sarebbe stato ben più insidioso dell'altro.

La spiegazione di Oppenheimer e Snyder, poi, continuava: un osservatore più accorto ben lontano dalla catastrofe stellare, avrebbe visto il collasso rallentare sempre più velocemente a mano a mano che il raggio della stella si fosse avvicinato a quello gravitazionale, o, come lo abbiamo finora chiamato, al raggio di Schwarzschild, in conseguenza dello spostamento spettrale dei segnali uscenti provenienti dalla stella (e dall'osservatore sulla sua superficie).

Insomma, i due avevano messo in pratica quello che diceva Einstein: osservatori differenti, tempi differenti.

Lo spostamento spettrale a un certo punto sarebbe divenuto così marcato che la stella sarebbe apparsa come "congelata" in prossimità del raggio gravitazionale, e con essa l'osservatore che sarebbe apparso come in eterna attesa, bloccato a r=2M.

Invece per quest'ultimo le cose sarebbero andate diversamente, come già evidenziato da Robertson, avendo la possibilità di attraversare il cerchio magico di Eddington senza problemi, salvo poi non riuscire più a dare informazioni all'osservatore lontano, per il quale l'incauto viaggiatore sarebbe ancora sospeso e immobilizzato sulla superficie di Schwarzschild.

I calcoli dimostrarono che nulla, neanche la luce, sarebbe stato in grado di uscire da una zona delimitata dal raggio gravitazionale, ossia quello che fino a ora abbiamo incontrato a r=2M.

Oppenheimer e Snyder dimostrarono che la regione esterna al bordo della stella collassante era esattamente descritta dalla soluzione trovata da Schwarzschild, e una volta attraversato l'orizzonte degli eventi si sarebbe formata una regione dalla quale nulla sarebbe più potuto uscire.

Il dado era tratto.

Questo lavoro è universalmente riconosciuto come il primo, fondamentale passo, verso la scoperta teorica dei buchi neri. Ma naturalmente a quel tempo non c'era certo questa convinzione e anche questo lavoro non riscosse più fortuna degli altri e venne ben presto dimenticato.

Oppenheimer E' giusto ricordare, come parziale attenuante, che lo studio fu presentato in un periodo storico piuttosto difficile, alla vigilia della seconda guerra mondiale, e le attenzioni dei ricercatori erano praticamente tutte indirizzate allo studio della struttura nucleare.

Lo stesso Oppenheimer fu totalmente coinvolto nel Progetto Manhattan (la costruzione della prima bomba atomica) e abbandonò i suoi studi sull'evoluzione stellare, mentre Snyder si dedicò alla matematica pura e oggi è riconosciuto come uno dei precursori della geometria non commutativa, ramo peraltro piuttosto di moda.

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