Nobel Fisica 2020 agli studi sui buchi neri

0
23
Il Nobel per la Fisica 2020 è andato per metà a Roger Penrose e per l’altra metà a Reinhard Genzel e Andrea Ghez per la scoperta che la formazione dei buchi neri è una solida predizione della teoria della relatività generale e per la scoperta di un oggetto compatto supermassiccio al centro della Via Lattea.
. Punto di raccordo. A Roger Penrose dobbiamo la dimostrazione del fatto che i buchi neri sono una diretta conseguenza della teoria della relatività generale di Einstein. Nemmeno Albert Einstein, padre della relatività generale, credeva nell’esistenza di oggetti supermassicci capaci di catturare qualunque cosa vi entrasse, senza lasciar uscire nemmeno la luce. Eppure 10 anni dopo la morte dello scienziato, nel 1965, Roger Penrose provò che potevano in effetti formarsi e descrisse nel dettaglio le loro proprietà.
Dimostrò che nel cuore di questi mostri celesti si nasconde una singolarità, un confine oltre il quale tutte le leggi di natura conosciute cessano di valere. Per provare che la formazione dei buchi neri è un processo stabile, Penrose dovette espandere i metodi matematici necessari a studiare la teoria della relatività e affrontarla con metodi nuovi. Quell’articolo del gennaio 1965 è ancora oggi considerato il più importante contributo alla teoria della relatività generale da Einstein in poi.. Nella nostra galassia. Al lavoro di Reinhard Genzel e Andrea Ghez dobbiamo le prove più convincenti dell’esistenza di un buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Entrambi gli scienziati sono a capo di gruppi di astronomi che dagli anni ’90 studiano una regione al centro della galassia nota come Sagittarius A*, dove quattro milioni di masse solari sono “impacchettate” in un’area non più estesa del Sistema Solare.
I due team di scienziati hanno mappato con precisione le orbite delle stelle più brillanti in questa regione, e i loro calcoli sono arrivati alla stessa conclusione: deve esserci un oggetto invisibile estremamente massiccio che le strattona, facendole correre vorticosamente. Usando i telescopi più potenti al mondo, i ricercatori sono riusciti a esplorare le fitte nubi di gas e polveri interstellari nel cuore della Via Lattea, a compensare la distorsione atmosferica e a costruire strumenti che permetteranno ricerche a lungo termine in questo angolo di cosmo.
. Il contributo di Penrose. I buchi neri sono forse una delle conseguenze più bizzarre della teoria della relatività generale. L’impianto teorico concepito da Einstein e presentato nel 1915 spiega come ogni cosa nell’Universo si trovi nella morsa della gravità, che governa le orbite dei pianeti attorno al Sole e quella del Sole attorno al centro della Via Lattea, decide nascita e morte delle stelle, dà forma allo spazio e influenza il passaggio del tempo. Un oggetto molto pesante curva lo spazio e rallenta il tempo, di più: una massa estremamente ingente può persino “tagliar fuori” una porzione di spazio, formando, di fatto, un buco nero.
Fino agli anni ’60, le speculazioni di Einstein e quelle che seguirono erano considerate puramente teoriche – soluzioni che descrivevano situazioni ideali, con buchi neri perfettamente rotondi e simmetrici. Roger Penrose fu il primo a trovare una soluzione realistica al collasso della materia, piena di naturali imperfezioni. Penrose introdusse il concetto di superfici intrappolate che forzano tutti i raggi di luce verso un centro, indipendentemente dalla curvatura di quella superficie: questo impianto teorico permise allo scienziato di provare che un buco nero nasconde una singolarità, un confine dove spazio e tempo cessano di esistere.
. Il mostro al centro della Via Lattea. Reinhard Genzel e Andre Ghez hanno intuito che anche se non possiamo vedere un buco nero è possibile descrivere le sue proprietà osservando come la sua colossale gravità dirige il moto delle stelle che lo circondano. Usando le orbite delle stelle come guida, i due scienziati sono arrivati a dimostrare che l’esistenza di un buco nero supermassiccio è l’unica convincente spiegazione ai moti stellari di una regione al centro della Via Lattea studiata dagli anni ’60, Sagittarius A*.
Reinhard Genzel e il suo gruppo di ricerca hanno studiato quest’area prima con il NTT, the New Technology Telescope di La Silla, Cile, e poi con il Very Large Telescope (VLT) del Cerro Paranal, sempre in Cile. Andrea Ghez ha usato il Keck Observatory, sulla montagna hawaiana di Mauna Kea. Per quasi 30 anni i due scienziati hanno seguito la danza delle stelle più vicine a Sagittarius A*, migliorando la precisione degli strumenti ottici per determinare l’esatta posizione dei 30 astri più brillanti della regione.
Uno di questi, chiamato S2 o S-O2, completa un’orbita del centro della galassia in meno di 16 anni, un periodo di tempo estremamente breve: il Sole impiega oltre 200 milioni di anni per completarne una attorno al centro della Via Lattea, e quando abbiamo iniziato quella attuale, c’erano ancora i dinosauri. Presto forse potremo provare a dare uno sguardo diretto a Sagittarius A* come abbiamo fatto, poco più di un anno fa, con il buco nero al centro della galassia M87 a 55 milioni di anni luce, grazie alla collaborazione dell’Event Horizon Telescope.. Un po’ di storia. Dal 1901 al 2019, 212 scienziati hanno ricevuto il Nobel per la Fisica. Lo statunitense John Bardeen (1908-1991) è stato l’unico ad averlo vinto due volte, nel 1956 per il transistor, insieme a William Bradford Shockley e Walter Brattain, e nel 1972 per la teoria fondamentale della superconduttività ordinaria, con Leon Neil Cooper e John Robert Schrieffer.
Solo tre volte il premio è stato conferito a una donna: nel 1903 andò a Marie Curie, che avrebbe vinto anche un Nobel per la Chimica nel 1911 (questa è la sua incredibile storia); nel 1963 a Maria Goeppert-Mayer per aver proposto il modello a guscio del nucleo atomico e nel 2018 a Donna Strickland per le fondamentali ricerche e innovazioni nel campo dell’ottica laser. In tutti e tre i casi, il premio è stato suddiviso con altri scienziati maschi.
. Di padre in figlio. La passione per la Fisica è spesso trasmessa in famiglia: il Nobel in questa disciplina è stato in diverse occasioni assegnato a coppie di padri e figli, non sempre per le medesime ricerche. Nel 1915 andò a William Bragg e Lawrence Bragg per le ricerche nell’analisi della struttura dei cristalli attraverso i raggi X. Nel 1922 Niels Bohr fu premiato per i suoi “studi sulla struttura degli atomi e della radiazione da essi emessa”; nel 1975 il “figlio d’arte” Aage N. Bohr avrebbe conquistato lo stesso riconoscimento, insieme a Ben Roy Mottelson e Leo James Rainwater, “per la scoperta del collegamento tra moto collettivo e moto delle particelle nei nuclei atomici e lo sviluppo della teoria della struttura del nuclei atomici basato su questo collegamento”.
Manne Siegbahn, premiato nel 1924 per le ricerche nel campo della spettroscopia ai raggi X avrebbe passato il testimone, nel 1981 al figlio Kai M. Siegbahn, “per il suo contributo allo sviluppo di spettroscopia degli elettroni ad alta risoluzione”. Nel 1906 J. J. Thomson vinse un Nobel per le indagini teoriche e sperimentali sulla conduzione di energia elettrica dei gas; il figlio George Paget Thomson lo avrebbe ricevuto nel 1937 insieme a Clinton Joseph Davisson, per la scoperta sperimentale della diffrazione degli elettroni da cristalli (dualismo onda-particella).
.