I buchi neri sono uno dei fenomeni più misteriosi dell’universo.
Le loro colossali forze gravitazionali, rendendo difficile la fuga, costituiscono un grave pericolo per i vascelli, ma sono anche fonte di insolite opportunità per gli equipaggi.
I buchi neri sono uno dei fenomeni spaziali più bizzarri e misteriosi dell’universo. Un buco nero è una palla di materia incredibilmente densa che possiede un campo gravitazionale così grande che nulla di tutto ciò che si è avvicinato troppo può sfuggirgli. La Flotta Stellare ha da poco iniziato a comprendere la varietà di fenomeni secondari associabili ai buchi neri: possono essere utilizzati come portali per accedere ad altre dimensioni e in altri rari casi possono fungere da habitat naturale a forme di vita aliene.
Ogni corpo celeste possiede un campo gravitazionale. Questo significa che, per sottrarsi alla sua attrazione gravitazionale, una nave stellare deve accellerare allontanandosi dalla superficie ad una velocità sufficiente a superare gli effetti della forza di gravità che la trattengono. Nel caso della Terra, un vascello che sia in grado di raggiungere una velocità di undici chilometri al secondo può sottrarsi per sempre alla gravità; la velocità di undici chilometri al secondo è dunque la velocità necessaria per fuggire dal pianeta.
Le stelle hanno campi gravitazionali ben più potenti, e un vascello deve raggiungere una velocità di fuga di gran lunga superiore. Nel 1795, il matematico Pierre-Simon Laplace si chiede che cosa succederebbe se la massa di una stella fosse tanto grande da determinare una velocità di fuga pari a quella della luce. In questo caso, la luce prodotta dalla stella non sarebbe in grado di sprigionarsi dalla superficie, perciò la stessa apparirebbe completamente oscura. A questa idea viene dato il nome di sole nero.
All’inizio del XX secolo, Albert Einstein si rende conto che niente può viaggiare ad una velocità superiore a quella della luce; di conseguenza niente potrà mai sottrarsi all’attrazione di un sole nero. Einstein prosegue ed elabora la Teoria Generale della Relatività, in cui il concetto di sole nero viene ulteriormente sviluppato e perfezionato e sarà noto nel suo tempo come buco nero.
Il sistema della propulsione di curvatura di Zefram Cochrane nel XXI secolo fa uso della tecnologia subspaziale per aggirare i limiti di velocità previsti dalle teorie di Einstein.
Se la Terra potesse essere compressa in una piccola sfera del diametro di una moneta, la sua densità sarebbe sufficiente a determinare una velocità di fuga superiore alla velocità della luce e diventerebbe un buco nero. Un altro modo di vedere i buchi neri, senza pensare alla velocità di fuga, è immaginare il loroeffetto sul continuum spazio-temporale.
Lo spazio-tempo può essere descritto come un immaginario telo di gomma con sopra tutti i corpi celesti, la cui massa deforma il telo, creando dei pozzi gravitazionali. L’energia necessaria a sfuggire ai pozzi gravitazionali dipende dall’inclinazione, incurvando il telo di gomma. Un buco nero curva lo spazio in una minuscola strozzatura che scende a spirale all’infinito.
In passato si credeva che i buchi neri potessero essere corridoi verso altri luoghi ancora sconosciuti dell’universo, ma adesso queste idee non vengono più prese in considerazione.
Esistono tre tipi di buchi neri, tutti creati in modi diversi. Il più comune è quello che ha origine dalla fine del ciclo vitale di una stella. Infatti ogni stella con una massa otto volte maggiore di quella del sole terrestre, è destinata a concludere il proprio ciclo nella catastrofica esplosione di una supernova. Una supernova si
verifica quando il cuore di una stella di grande massa diviene inerte e collassa sotto il suo stesso peso, portando spesso ad un buco nero.
Il secondo tipo sono i minuscoli buchi neri primordiali creati tra i primi 10 e i primi 35 secondi successivi al “Big Bang”. Sono molto più piccoli dei buchi neri stellari, e dovrebbero essercene in relativa abbondanza.
Centomila anni fa, una razza di esseri sconosciuti raccolse alcuni di questi buchi neri usandoli come fonti di energia per una rete di collegamento che copre metà della Galassia. La U.S.S. Voyager NCC-74656 ha scoperto una di queste stazioni di collegamento che si avvale di una singolarità quantica, un termine usato per descrivere un buco nero estremamente piccolo, di un centimetro per generare quattro terawatt di energia. In un minuto, la stazione estrae tanta energia quanta una comune stella produce in un anno.
L’ultimo tipo di buchi neri ha una massa incredibile; alcuni possiedono più di un miliardo di volte la massa del sole terrestre. Questi buchi neri si formano al centro della maggior parte delle galassie. Le navi della Flotta Stellare evitano il centro della Galassia della Via Lattea, perché si pensa che ci sia questo tipo di buco nero.
L’orizzonte degli eventi
I buchi neri hanno una struttura ben preciso. L’orizzonte degli eventi è una superficie sferica che segna il punto oltre il quale è impossibile sfuggire all’attrazione gravitazionale, a meno di non utilizzare tecnologie subspaziali.
Nel 2371, la U.S.S. Voyager rimane intrappolata all’interno dell’orizzonte degli eventi di una singolarità quantica di tipo 4. Le fluttuazioni gravimetriche e le distorsioni spaziali in questa regione di spazio provocano all’equipaggio forte mal di testa, spasmi muscolari e vertigini. La Voyager riesce a mettersi in salvo inondando lo spazio circostante prima con particelle di curvatura e successivamente con particelle dekyon, illuminando l’orizzonte degli eventi e mettendo in evidenza la frattura provocata al momento del suo ingresso.
La singolarità quantica si trova al centro della sfera, delimitata dall’orizzonte degli eventi. Si tratta di un punto di densità infinita e di dimensioni spaziali minime, un luogo nel quale le leggi della fisica non valcono più. Una nave stellare che si imbatta in una singolarità quantica potrebbe essere distrutta all’istante.
La maggior parte dei buchi neri ruotano, poiché le stelle che li hanno creati ruotavano a loro volta, e un buco nero rotante trascina il continuum spazio-temporale appena al di fuori dell’orizzonte degli eventi. Questo movimento di rotazione e torsione produce enormi distorsioni spaziali, ed è responsabile delle fluttuazioni gravimetriche che si incontrano nelle vicinanze dei buchi neri. La regione influenzata è conosciuta come ergosfera.