Passiamo Al Lato Oscuro – Volume VI

26 Ottobre 2026Matteo Agati18 min di lettura

“Padre degli Dei, concedetemi la Forza” – Thor

Nel film “Avengers: Infinity War” (2018), Thor, figlio di Odino, supplica il Padre degli Dei di sostenerlo nell’impresa che si accinge a compiere: forgiare lo Stormbreaker, un’ascia in grado di sostituire il celebre Mjöllnir, sfruttando l’energia di una Stella di Neutroni per fondere il metallo magico Uru.

Giunto a Nidavellir, Thor chiede aiuto all’elfo Eitri, ultimo rimasto della sua razza ed unico in grado di poter riportare il Dio del Tuono al suo antico splendore. Thor ha bisogno di quest’arma per evocare il ponte spaziale Bifrost e tornare sulla Terra. In Wakanda gli Avengers ed i Guardiani della Galassia sono allo stremo delle forze contro le milizie di Thanos, il titano pazzo che vuol riunire le Gemme dell’Infinito per sterminare metà di tutti gli esseri viventi dell’Universo.

Il figlio di Odino riapre l’iride della Stella di Neutroni e riceve una quantità di calore tale da fondere il metallo e creare i due stampi dell’ascia. Per lo sforzo, Thor cade a terra in fin di vita. Lo Stormbreaker necessita di un manico per funzionare. Con l’obiettivo di salvare il Dio del Tuono, Groot, l’Uomo Albero, trancia il proprio braccio e crea così il legante perfetto tra le due parti metalliche dell’ascia. L’arma prende subito vita e dona a Thor un boost di energia senza precedenti.

Nella Nostra realtà, le Stelle di Neutroni rappresentano uno dei possibili stadi finali dell’evoluzione stellare. Consistono in resti incredibilmente densi e compatti di stelle massicce esplose come Supernove. A differenza dei Buchi Neri (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume V”), le Stelle di Neutroni mostrano una superficie solida, un raggio di pochi chilometri e densità elevatissime. Di contro, i buchi neri hanno origine da stelle più voluminose, non hanno una superficie ben definita e presentano una gravità che impedisce persino alla luce di sfuggire. Entrambi rappresentano uno dei campi di maggior interesse per la ricerca, con un’origine tuttora incerta. Ma in che modo è possibile rilevare i buchi neri e che legame hanno questi ultimi con la Materia Oscura? Scopriamo insieme!

Come rilevare i Buchi Neri?

Le prove dell’esistenza dei buchi neri ci sono fornite dalla deformazione dell’ambiente circostante dovuta allo spazio-tempo. Come previsto da Einstein, la geometria dello spazio-tempo dipende dalle masse (come vi abbiamo raccontato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume IV”). Muovendosi, queste deformano il tessuto spazio-temporale, propagando la perturbazione mediante le onde gravitazionali.
La rilevazione dei buchi neri mediante onde gravitazionali (vedi Figura 1) è un dato molto interessante, poiché questi divoratori cosmici non possono essere intercettati con i normali telescopi basati sullo spettro elettromagnetico (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Raggi-X Per Applicazioni Biomediche”). Solitamente, le onde gravitazionali si generano in seguito ai violenti collassi stellari o nelle collisioni tra Stelle di Neutroni e buchi neri.

**Figura 1:** Rappresentazione di come le onde gravitazionali possono allontanare un buco nero dal centro di una galassia. Nella sequenza viene mostrato come due buchi neri di due galassie diverse interagiscono fino a fondersi in un Buco Nero Supermassivo (Fonte: media. inaf. it).

In ultimo, i buchi neri possono anche essere rilevati dai getti relativistici di plasma o dai raggi-X emessi dalla materia in caduta verso di essi. Secondo un recente studio pubblicato su “Nature Astronomy”, i due processi sono mutualmente esclusivi e tendono ad alternarsi nel tempo secondo diverse fasi di attività (dette Outbursts) del sistema.
Il primo consiste in dei fasci di plasma stretti e concentrati che fuoriescono dai poli di un buco nero a velocità prossime a quella della luce e che sono alimentati dai campi magnetici e dalla rotazione del buco nero.
Il secondo riguarda flussi più ampi e lenti di gas estremamente ionizzato (ossia gas in cui tutti gli elettroni degli atomi sono stati strappati dal nucleo) che sono emessi dalla radiazione e dalla pressione magnetica registrati lungo la superficie del Disco di Accrescimento (che vi abbiamo descritto nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume V”).

Origine ed evoluzione dei Sistemi Binari

Secondo la Teoria della Relatività Generale, due buchi neri vicini tra loro rilasciano energia sotto forma di onde gravitazionali.
Si parte da un Sistema Binario (vedi Figura 2) formato da due stelle. Gli stati estremi della primaria (più massiccia) si espandono trasferendo massa alla secondaria. Il nucleo di elio della primaria esplode in modo asimmetrico in una Supernova, producendo così un buco nero. L’esplosione può distruggere il sistema binario o stirarlo in un’orbita ellittica. In quest’ultimo caso, sopravvivono un buco nero ed la stella secondaria che continua ad espandersi fino a dar luogo ad un processo inverso di trasferimento di massa, questa volta indirizzato all’ex primaria (il buco nero). Il gas che circonda il sistema primario assorbe parte dell’energia per poi essere espulso. Tali gas “strappati” raggiungono temperature elevatissime ed emettono raggi-X, consentendo così l’individuazione del buco nero. Ciò si verifica ogni anno nel cielo estivo, quando è possibile ammirare la Costellazione del Cigno. La sorgente di raggi-X, denominata Cygnus X-1, è originata da una coppia di stelle formata da una Stella Gigante ed un buco nero.

Col passare del tempo, anche la secondaria esplode in una Supernova, senza tuttavia arrivare a distruggere il sistema. I due buchi neri continuano a rilasciare energia sotto forma di onde gravitazionali. È proprio grazie all’osservazione della perturbazione nel campo gravitazionale di una stella dovuto ad un buco nero che gli scienziati sono riusciti ad individuare quest’ultimo, altrimenti invisibile.
L’orbita del sistema si accorcia fino a quando i due buchi neri si fondono (il fenomeno del Merging) in un unico buco nero rotante con una massa leggermente inferiore alla somma delle masse iniziali dei due buchi. Il Merging può dar luogo a buchi neri di una generazione successiva (seconda, terza, quarta, etc.) che non sono derivati diretti del collasso gravitazionale e che possono raggiungere masse nell’ordine di 50 volte quella solare.

**Figura 2:** Una simulazione della NASA mostra l’interazione tra due buchi neri in un Sistema Binario immortalato al centro del QUASAR OJ287, collocato a 3.5 miliardi di anni luce dalla Terra (Fonte: ansa. it).

L’evoluzione delle binarie spazia dagli ambienti particolarmente densi (Clusters), alla produzione di dischi in Nuclei Galattici Attivi (AGN, di cui parleremo tra qualche paragrafo), fino a risalire ad un’origine primordiale databile ai primi stadi di evoluzione dell’Universo e dare quindi una collocazione spazio-temporale alla Materia Oscura (come vi abbiamo raccontato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume I”).

Buchi Neri Primordiali & Materia Oscura

L’astrofisico Stephen Hawking (1942-2018) ed il fisico Bernard Carr sostenevano che nella prima frazione di secondo successiva al Big Bang delle variazioni di densità estremamente ridotte avrebbero portato all’edificazione di una sorta di “paesaggio ondulato” (le cosiddette increspature nella trama dell’Universo), con regioni più “grumose” dovute alla massa sensibilmente maggiore. Su di esse sarebbero andati a collassare i Buchi Neri Primordiali (i “Primordial Black Holes”, PBH). I PBH (la cui scala temporale di evoluzione è riportata in Figura 3) si sarebbero sviluppati in una vasta gamma di masse, da una frazione di grammo a milioni di tonnellate. Hawking aggiunse che la Materia Oscura rappresenta il costituente principale di tali corpi, rimasti stabili sino ad oggi.

L’astrofisico inglese pensava che i buchi neri evaporassero nel tempo, attraverso una radiazione, detta “Radiazione di Hawking”, la quale li porta a sparire del tutto lungo un arco temporale proporzionale alla loro massa. Solo quelli con una massa iniziale nell’ordine del trilione di chilogrammi potrebbero essere visibili ancora oggi.

**Figura 3:** Confronto tra i tempi in cui apparvero i primi buchi neri e le stelle in seguito al Big Bang (Fonte: media. inaf. it).

In un recente studio, accettato per la pubblicazione su “The Astrophysical Journal”, gli astrofisici dell’Università di Miami, della Yale University e dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) hanno ipotizzato che tali mostri cosmici siano una manifestazione della Materia Oscura che permea tutto l’Universo. Tuttavia, a differenza di Hawking e Carr, sostengono che dalle prime stelle e galassie avrebbero avuto origine i primi buchi neri e che questi ultimi si sarebbero evoluti in “Supermassicci”, nutrendosi del gas o delle stelle in loro prossimità o, in alternativa, si sarebbero fusi tra loro.

Buchi Neri Supermassicci & Materia Oscura

La formazione di Buchi Neri Supermassici (come quello presente al centro della Via Lattea) in tempi brevi non sarebbe possibile poiché, come abbiamo visto nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume V”, questi giganti cosmici non avrebbero avuto “semi” sufficienti per potersi accrescere così rapidamente. Infatti, a differenza dei Buchi Neri Stellari che impiegano circa 1 miliardo di anni per formarsi, i Supermassicci richiederebbero tempi molto maggiori per accrescersi.
Alcune conferme in tal senso arriverebbero dal Telescopio Spaziale James Webb (JWST, di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume III”). Un team di ricercatori dell’Università della California di Los Angeles (UCLA), con a capo il professore di astrofisica Alexander Kusenko, ha pubblicato uno studio sulla rivista “Physical Review Letters”. In esso sostiene che la materia oscura rappresenterebbe il terreno fertile su cui si svilupperebbero le galassie, al centro delle quali è sempre presente un buco nero. Questo oggetto sfrutterebbe l’intenso campo gravitazionale dovuto alla materia estremamente compatta ivi presente (vedi la rappresentazione stilizzata in Figura 4).

**Figura 4:** Rappresentazione stilizzata del legame tra Materia Oscura, Buchi Neri ed Onde Gravitazionali (Fonte: cordis. europa. eu).

La materia oscura potrebbe aver impedito all’idrogeno (l’elemento più abbondante nell’Universo) di raffreddarsi. La gravità avrebbe condensato quest’ultimo in nubi sufficientemente grandi e dense al punto da trasformarsi per via diretta in buchi neri, anziché stelle. La materia “invisibile” avrebbe svolto un ruolo decisivo nella formazione di una nube massiccia di idrogeno che, altrimenti, sarebbe rimasto in singoli ammassi localizzati, insufficienti a provocare un collasso diretto in Buco Nero Supermassiccio.

La pressione di un gas caldo può contrastare l’azione gravitazionale, impedendo che la gravità disgreghi la nube. Una radiazione aggiuntiva in grado di riscaldare il gas sarebbe stata fornita dalla materia oscura. Secondo gli scienziati, tale materia non convenzionale contiene particelle instabili che decadono in fotoni (particelle puramente energetiche e prive di massa che vi abbiamo descritto nell’articolo “Viaggio Nel Regno Quantico”). La radiazione emessa da tali particelle avrebbe rallentato il processo di raffreddamento dell’idrogeno, impedendo la scomposizione di quest’ultimo e la conseguente frammentazione della nube.

Cosa accade quando un Buco Nero divora una Stella Gigante?

È stato recentemente rilevato che una Stella Gigante, anziché esplodere canonicamente in una Supernova e collassare su sé stessa, si è avvicinata ad un Buco Nero Supermassiccio (con una massa di circa 500 milioni di volte quella del Sole e a 10 miliardi di anni luce dalla Terra), denominato J2245+3743, dando il via ad un lento e continuo smembramento.

Il Nucleo Galattico Attivo (AGN, schematizzato in Figura 5) è una regione estremamente luminosa ed energetica posta al centro di alcune galassie. Rappresenta una sorta di “fornace cosmica”, formata da un Buco Nero Supermassiccio (che sta attivamente inghiottendo la materia) circondato da un Disco di Accrescimento incandescente di gas e polveri in moto turbolento che precipitano al suo interno. I precipitati si surriscaldano a causa dell’intenso attrito e delle interazioni con i campi magnetici ed emettono radiazioni su tutte le lunghezze d’onda previste dallo spettro elettromagnetico (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Raggi-X Per Applicazioni Biomediche”). Un aspetto caratteristico in un AGN è un toroide, ossia una sorta di ciambella di gas e polveri che circonda il Disco di Accrescimento. Questa assorbe la radiazione ultravioletta ed ottica caratteristica delle regioni centrali, per poi riemetterla sotto forma di radiazioni nell’infrarosso.

Spesso un AGN è in grado di emettere dei sofisticati getti relativistici di plasma (cioè fasci di particelle ionizzate che si muovono a velocità prossime a quella della luce, come vi abbiamo descritto nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume V”) con un’estensione nell’ordine delle migliaia di anni luce.
Il bagliore emesso dall’AGN in questione ha rilasciato un’energia pari a 10 trilioni di Soli. L’evento, a noi visibile solo a partire dal 2018, si è verificato agli albori dell’Universo.

**Figura 5:** Rappresentazione schematica dei vari costituenti in un Nucleo Galattico Attivo: un Buco Nero Supermassiccio, il Disco di Accrescimento ed il toroide formato da polveri e gas (Fonte: geopop. it).

Questo fenomeno ha portato gli studiosi ad avere un’ulteriore conferma della Teoria della Relatività di Einstein con la dilatazione temporale (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Applicazioni Energetiche Della Relatività”). L’evento osservato è molto lontano sia spazialmente che temporalmente dalla nostra realtà, motivo per cui, mentre la luce emessa ha viaggiato per eoni attraverso il cosmo, il nostro Universo ha continuato ad espandersi, “stirando la luce” e con essa il tempo stesso, dando origine ad un effetto slow motion (leggi l’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume IV”, in cui affrontiamo il concetto di Redshift Cosmologico). Il fatto si è verificato concretamente in 2 anni, ma la luce ci ha mostrato l’evento per una durata di 7, offrendoci la possibilità di raccogliere un numero significativo di dettagli che, altrimenti, sarebbero andati persi.

I ricercatori sono giunti alla conclusione che l’evento osservato è un Tidal Disruption Event (TDE), tradotto in “Evento di Distruzione Mareale”. Questo fenomeno si verifica quando la gravità del buco nero risulta talmente forte da superare la gravità che tiene insieme la stella. Ciò che avviene nel concreto è una progressiva “spaghettificazione” della stella mentre si muove a spirale verso l’Orizzonte degli Eventi. Il caso di J2245+3743 detiene attualmente il primato poiché, a differenza dei casi osservati in precedenza che coinvolgevano stelle di dimensioni medio-piccole, adesso siamo di fronte ad una Stella Gigante. Inoltre, è la prima volta che un TDE coinvolge un Nucleo Galattico Attivo.

Il Cimitero delle Stelle

Già teorizzato da Einstein nel 1915, il “Cimitero delle Stelle” o “Sottomondo Galattico” (vedi il caso della Via Lattea in Figura 6) ha trovato di recente una conferma sperimentale grazie alle onde gravitazionali, definite dallo scienziato tedesco come “minuscole increspature nello spazio-tempo” (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume IV”). Come suggerisce il nome, questa regione dello spazio (che contiene circa l’1 % di tutta la massa dell’Universo) pullula di fusioni tra i resti delle stelle di grandi dimensioni, come i buchi neri e le Stelle di Neutroni, originatisi a partire da esplosioni massicce di Supernove.

**Figura 6:** Distribuzione dei Buchi Neri e delle Stelle di Neutroni prodotti dal collasso di antiche stelle massicce, secondo la vista dall’alto e laterale (Fonte: media. inaf. it).

I rilevatori LIGO, Virgo e KAGRA hanno registrato ben 128 nuove fusioni miste tra Maggio 2023 e Gennaio 2024. A detta di Daniel Williams, ricercatore presso l’Institute for Gravitational Research (IGR) dell’Università di Glasgow, questo fenomeno consentirà agli scienziati di comprendere in che modo i buchi neri riescono a fondersi tra loro, nonché gettar luce sulla vita delle stelle partendo dai loro resti. Infatti, come sostiene un altro membro del team, Christopher Berry, il lavoro degli astrofisici non è molto diverso da quello di un paleontologo che studia le ossa fossilizzate per trarre informazioni sulle abitudini dei dinosauri.
Dalle fusioni di buchi neri è possibile stimare la Velocità di Espansione dell’Universo, valore noto come Costante di Hubble (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume IV”).

Conclusioni

“Sembrava impossibile, eppure ce l’abbiamo fatta”, come direbbero gli amici dell’Amaro Montenegro nella pubblicità. Con sei volumi pubblicati sul macrotema della Materia Oscura, completiamo finalmente la saga che ci ha tenuti impegnati per parecchi mesi.
Visto il confine estremamente labile tra Astrofisica e Fisica Subatomica, la materia “invisibile” rappresenta un argomento multidisciplinare che potrebbe, in principio, unificare varie teorie scientifiche, dalla Relatività alla Fisica Quantistica, passando per le Leggi di Gravitazione e la Teoria delle Stringhe. Contestualmente, tale materia non convenzionale coinvolge numerosi attori, tra cui il Big Bang, le Stelle Primordiali, le Stelle Oscure, gli acceleratori di particelle, il Redshift Cosmologico, lo spazio-tempo, le Croci di Einstein, le onde gravitazionali ed i buchi neri.

Come abbiamo visto più volte, benché la materia oscura rappresenti la maggior parte della materia presente nel nostro Universo, essa è un oggetto misterioso, che si manifesta con difficoltà e sempre in modo indiretto.
È proprio la sua imprevedibilità a renderla di estremo interesse per la ricerca scientifica, trovando riscontro nei calcoli di numerosi astronomi ed alimentando la fantasia di numerosi registi che l’hanno presa in oggetto nelle loro produzioni, come nel caso della Forza Oscura presente nella saga di Star Wars a cui, è doveroso dirlo, ci siamo ispirati a nostra volta.

La Materia Oscura rappresenta il fine ultimo a cui è riconducibile tutto ciò che ci circonda e da cui partono tutti i fenomeni che osserviamo. Ci auguriamo di “aver gettato un po’ di luce” sul tema, ma senza scalfire l’aspetto più in ombra che la caratterizza. Vi aspettiamo per i prossimi contenuti che, vi promettiamo, viaggeranno più in orbita bassa. A presto!

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