Buchi neri ultramassicci meno densi dell’aria, com’è possibile?
TON 618 (abbreviazione di Tonantzintla 618) è, oggi, la grande balena cosmica. Detiene il record per l’astro più grande mai trovato nell’universo.
Si tratta di un buco nero ultramassiccio situato in direzione del polo sud galattico, a più di 10 400 milioni di anni luce di distanza. Con una massa superiore a 50 miliardi di soli e un diametro di 2 600 unità astronomiche (390 miliardi di chilometri), la sua densità è di soli 0,004 kg/m³, circa 300 volte inferiore a quella dell’aria.
TON 618 appartiene a una categoria di astri così smisurati che è difficile accettarli: i buchi neri ultramassicci.
Indice
Dimensioni e dimensioni
La pubblicazione della prima immagine di un buco nero è stata una pietra miliare astronomica senza precedenti. Non solo è stato osservato il vortice di gas incandescente (disco di accrescimento) che circonda una regione oscura nella galassia M87 (ombra del buco nero), ma è stata anche confermata una delle previsioni di Einstein sulla relatività generale.
M87 appartiene alla categoria dei buchi neri supermassicci (SMBH), quelli che superano le 100.000 masse solari. Un altro esempio è Sagittarius A*, al centro della Via Lattea, quattro milioni di volte più massiccio del Sole.
Questi colossi sono però ridotti al minimo rispetto ai buchi neri ultramassicci, i più grandi finora rinvenuti. Sebbene non vi sia un chiaro consenso riguardo alla loro gamma di massa, superano di gran lunga i 10 miliardi di masse solari.
Questi veri giganti cosmici superano ciò che si può immaginare.
Anche più grande del sistema solare
Le dimensioni di un buco nero sono legate al raggio del suo orizzonte degli eventi, quella superficie di non ritorno da cui nemmeno la luce può sfuggire. E questo raggio è direttamente proporzionale alla sua massa, cioè raddoppiare la massa di un buco nero raddoppierà anche le sue dimensioni.
Ecco qualche cifra per darci un’idea. Mentre il buco nero stellare GAIA BH3 ha 33 masse solari e un raggio di circa 97 km, M87 si estenderebbe tre volte la distanza tra il Sole e Plutone.

Ma i veri titani superano di gran lunga questi numeri. Pertanto, il buco nero ultramassiccio situato nella galassia Abell 1201 (33 miliardi di soli) equivarrebbe a 651 volte la distanza Terra-Sole. TON 618 (l’astro più grande trovato fino ad oggi) avrebbe invece dimensioni pari a 1,3 volte la distanza tra il Sole e Sedna, uno degli oggetti più distanti conosciuti nel sistema solare.
Non sarebbero così pericolosi (vicino al loro orizzonte degli eventi)
Sebbene possa sembrare paradossale, questi veri mostri non sarebbero così dannosi vicino alla loro frontiera o orizzonte degli eventi. E la ragione risiede nel valore limitato delle loro forze di marea, in confronto ai loro omologhi di massa inferiore.
Ma in cosa consistono queste forze di marea?
Tecnicamente, misurano la differenza nell’accelerazione gravitazionale tra due posizioni di un campo gravitazionale.
Così, per esempio, se un intrepido astronauta alto 1,80 m si trovasse in piedi sull’orizzonte degli eventi di TON 618, la gravità superficiale che sperimenterebbe (in un analogo della gravità newtoniana) sarebbe di circa 250 m/s² (ricordiamo i 9,8 m/s² sulla superficie terrestre). Certamente sarebbe un valore elevato, ma non influirebbe sull’integrità del viaggiatore, poiché, a causa delle ridotte forze di marea, quei 250 m/s² sarebbero praticamente gli stessi sia alla sua testa che ai suoi piedi.
Lo scenario cambierebbe radicalmente in un buco nero stellare come GAIA BH3, le cui forze di marea sono immense. In questo caso, l’astronauta percepirebbe un’accelerazione gravitazionale di 4,6 m/s² alla testa (quasi la metà di quella sulla Terra)… ma circa 17 000 000 m/s² ai piedi. Verrebbe fatto a pezzi prima ancora di avvicinarsi a questa superficie di non ritorno, subendo il cosiddetto processo di spaghettificazione.
Meno densi dell’aria
Il concetto di densità di un sistema materiale come la quantità di materia contenuta in un determinato volume sembra piuttosto intuitivo. Ad esempio, la densità dell’acqua distillata è di 1 000 kg/m³ e quella del piombo è di 11 340 kg/m³.
Ma come definiamo la densità di un buco nero? Ricordiamo che sono regioni del cosmo praticamente vuote, con tutta la loro massa concentrata in un punto, la singolarità.
Per calcolare la densità, bisogna dividere la massa del buco nero per il volume determinato dal suo orizzonte degli eventi. Di conseguenza, la densità di un buco nero è inversamente proporzionale al quadrato della sua massa, cioè raddoppiando la sua massa la densità si ridurrà di un fattore 4.
M87 ha una densità di 0,43 kg/m³ (la metà del gas ammoniaca), mentre TON 618, con un valore che raggiunge i 0,004 kg/m³, è circa 300 volte meno denso dell’aria.
Bilioni di volte più energetici del Sole
E come sono stati scoperti questi buchi neri ultramassicci?
Nella maggior parte dei casi sono stati identificati grazie alla loro enorme emissione di energia associata ai quasar, galassie con nuclei attivi che ospitano SMBH al loro centro. Tornando a TON 618, la sua potenza di emissione è di circa 140 bilioni di soli, rendendolo uno degli oggetti più luminosi dell’universo.

Esiste un altro metodo di rilevamento basato sul fenomeno della lente gravitazionale, che consiste nella deflessione di un raggio di luce proveniente da una sorgente lontana quando passa vicino a un oggetto molto massiccio (come una galassia o un buco nero).
È stato così rilevato il colosso Abell 1201. La deviazione del percorso dei fasci di luce rilevati è di tale entità che solo un buco nero ultramassiccio di 33 miliardi di masse solari può esserne responsabile.

Possibili limiti alle loro masse smisurate
È possibile l’esistenza di buchi neri ultramassicci con una massa superiore a quella di TON 618?
Non abbiamo una risposta chiara a questa domanda. Mentre alcuni studi fissano un limite di 100 miliardi di masse solari, altri ricercatori propongono una nuova specie di buchi neri, i cosiddetti “straordinariamente massicci”, che potrebbe superare quell’eventuale limite superiore.
Forse il record detenuto da TON 618 come il più grande astro mai trovato nell’universo potrebbe essere superato negli anni a venire. Quello che è certo è che, se accadesse, sarebbe un altro nuovo e appassionante traguardo nella storia dell’astronomia.