La NASA definisce un buco nero come un'area di gravità così immensa che nulla, nemmeno la luce, può sfuggirvi. Il confine visibile attorno a questa regione è chiamato orizzonte degli eventi: il punto in cui la velocità necessaria per sfuggire all'attrazione gravitazionale supera la velocità della luce, secondo la panoramica ufficiale sui buchi neri della NASA.
All'interno di quel confine, secondo il sito educativo della NASA per il pubblico, si ritiene che la materia rimanente da una stella collassata sia compressa in un punto infinitamente piccolo chiamato singolarità. Nonostante le sue minuscole dimensioni, la sua attrazione gravitazionale governa tutto all'interno dell'orizzonte degli eventi.
Come si forma un buco nero stellare
La NASA afferma che un buco nero di massa stellare si forma quando una stella con più di circa 20 volte la massa del Sole esaurisce il carburante nucleare nel suo nucleo e collassa sotto il suo stesso peso. Il collasso innesca una supernova che soffia via gli strati esterni della stella, mentre il nucleo continua a cadere verso l'interno. Una volta che il nucleo che collassa supera approssimativamente tre masse solari, nota la NASA, il collasso in un buco nero diventa inevitabile perché nessuna forza conosciuta può fermarlo.
Una stella normalmente mantiene la sua forma perché la pressione esterna dalla fusione nucleare bilancia la trazione verso l'interno della sua stessa gravità. Quando il carburante si esaurisce, questo equilibrio si rompe e la gravità comprime il nucleo fino a quando non forma un buco nero, secondo la stessa spiegazione della NASA.
Non tutti i buchi neri hanno le stesse dimensioni
La panoramica della NASA sui buchi neri distingue diverse categorie per massa. I buchi neri di massa stellare vanno da circa tre a diverse dozzine di masse solari e sono sparsi in tutta la Via Lattea. I buchi neri supermassicci, trovati nei centri della maggior parte delle grandi galassie compresa la nostra, pesano tra 100.000 e miliardi di masse solari.
Una terza categoria, i buchi neri di massa intermedia che pesano approssimativamente 100 a oltre 10.000 masse solari, era stata a lungo sospettata e aveva solo una manciata di candidati identificati attraverso prove indirette, secondo la NASA. La NASA descrive una rilevazione di onde gravitazionali del 2019, descritta di seguito, come l'esempio più convincente di questa classe fino ad oggi.
Categorie di buchi neri per massa (NASA)| Categoria | Massa tipica | Dove si trova |
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| Massa stellare | ~3 a dozzine di masse solari | In tutta la Via Lattea |
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| Massa intermedia | ~100 a oltre 10.000 masse solari | Esempio più convincente dalla fusione di onde gravitazionali del 2019 (GW190521) |
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| Supermassivo | 100.000 a miliardi di masse solari | Centri della maggior parte delle grandi galassie |
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Prove che non si basano sul vedere la luce
Poiché i buchi neri non emettono luce, gli scienziati confermano la loro esistenza indirettamente. La NASA indica diversi metodi: rilevare raggi X e onde radio dalla materia riscaldata a temperature estreme vicino all'orizzonte degli eventi, osservare getti di particelle che si muovono quasi alla velocità della luce che emettono onde radio, raggi X e raggi gamma, e rilevare onde gravitazionali — increspature nello spaziotempo misurate per la prima volta nel 2015 da un evento chiamato GW150914, quando due buchi neri si sono spiralati l'uno nell'altro e si sono fusi, secondo la NASA.
Il metodo delle onde gravitazionali ha successivamente prodotto il primo buco nero di massa intermedia confermato. La LIGO Scientific Collaboration e la Virgo Collaboration hanno annunciato il 2 settembre 2020 di aver rilevato un segnale, designato GW190521, da un evento che si è verificato il 21 maggio 2019, secondo la pagina di rilevazione ufficiale di LIGO. Due buchi neri con masse di circa 85 e 66 masse solari si sono fusi in un singolo residuo di 142 masse solari — la prima chiara rilevazione di un buco nero di massa intermedia, afferma LIGO.
LIGO nota anche che la fusione è scientificamente notevole perché le masse dei progenitori cadono all'interno del cosiddetto intervallo di massa dell'instabilità di coppia, un intervallo (approssimativamente 65 a 120 masse solari) dove la teoria del collasso stellare standard non predice che i buchi neri dovrebbero formarsi direttamente, suggerendo che gli oggetti potrebbero essi stessi essere risultati da precedenti fusioni.
Vedere l'ombra di un buco nero
Oltre al rilevamento indiretto, gli astronomi hanno prodotto un'immagine diretta. L'Event Horizon Telescope, una rete globale di osservatori radio, ha rilasciato la prima immagine di un buco nero nel 2019 — quello al centro della galassia M87, stimato a 6,5 miliardi di masse solari e a circa 55 milioni di anni luce di distanza, secondo la panoramica sui buchi neri della NASA.
L'immagine mostra un anello luminoso di gas incandescente che circonda un'ombra centrale scura, la silhouette gettata dall'orizzonte degli eventi del buco nero contro la luce della materia in caduta.
Ciò che rimane incerto
Secondo la NASA, l'origine dei buchi neri supermassicci rimane scarsamente compresa, anche se le prove mostrano che esistevano già nella storia molto antica delle galassie.
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