Il piano di Cosimo Bambi, ricercatore dell’Università di Fudan, in Cina, richiederà l’individuazione di un buco nero vicino, a meno di 50 anni luce, e la creazione di nanosonde del peso di pochi grammi alimentate da un laser, come quelle proposte dieci anni fa da Stephen Hawking. Il cosmologo italiano Cosimo Bambi (Firenze, 1980) non ama la parola “impossibile”. Nel corso della storia, sostiene, sono stati raggiunti traguardi scientifici che un tempo non sembravano realizzabili, come la rilevazione delle onde gravitazionali: “Si riteneva che fossero troppo deboli, ma ci siamo riusciti cento anni dopo. Si pensava anche che non avremmo mai osservato l’ombra di un buco nero, e ora abbiamo immagini di due”, sostiene questo scienziato, che da 12 anni svolge attività di ricerca presso l’Università di Fudan, in Cina. Ora è convinto che entro pochi decenni l’umanità potrebbe realizzare, se lo volesse, una missione scientifica che attualmente è pura fantascienza: esplorare un buco nero. “La tecnologia non esiste ancora, ma potrebbe esistere tra 20 o 30 anni”, sostiene. Come esposto giovedì in un articolo pubblicato sulla rivista iScience, la sua proposta consiste nel progettare una missione interstellare diretta verso un buco nero vicino. Naturalmente, sarebbe impossibile farlo con un veicolo convenzionale alimentato da combustibili chimici, troppo pesante e lento. Ma una possibile alternativa sarebbe quella di progettare un tipo di sonda che ancora non esiste: nanosonde estremamente piccole e leggere – peserebbero solo pochi grammi – e costituite da un microchip e una vela fotonica che sarebbe spinta da laser installati sulla Terra. Questi laser bombarderebbero la vela con fotoni, accelerando la sonda a quasi un terzo della velocità della luce.
Un viaggio di 70 anni
Secondo i calcoli del cosmologo, a tali velocità la microsonda impiegherebbe circa 70 anni per raggiungere un buco nero situato a 20 o 25 anni luce di distanza. I dati raccolti impiegherebbero altri due decenni per tornare sulla Terra, poiché la sonda non torna indietro, ma invia solo i dati. Pertanto, la durata totale della missione sarebbe di 80 o 100 anni.
Si tratta dello stesso concetto proposto da Stephen Hawking nel 2016 per la missione Breakthrough Starshot, ideata per esplorare il sistema di Alfa Centauri attraverso un esercito di microsonde delle dimensioni di un chip e verificare se ci sono segni di vita negli esopianeti più vicini alla Terra. “Sarebbero lo stesso tipo di sonde. Infatti, attualmente esiste una comunità relativamente ampia che sta lavorando allo sviluppo di queste nanosonde che, a mio avviso, sono il tipo di sonda più promettente per future missioni al di fuori del Sistema Solare”, ha dichiarato a questo giornale tramite e-mail.
Il scienziato sottolinea che esistono già diversi gruppi scientifici che stanno lavorando allo sviluppo di questo tipo di nanosonde, anche se né lui né la sua università sono coinvolti in nessuno di essi. Come esempio cita il Progetto Starlight (dell’Università della California a Santa Barbara), la Sonda Interstellare (della Johns Hopkins University e della NASA), il progetto Dragonfly (I4IS), Sundiver (della NASA e altri centri) e il Gossamer Roadmap (ESA).
Se avesse successo, sostiene, questa missione secolare potrebbe portare sulla Terra dati sui buchi neri vicini che cambierebbero completamente la nostra comprensione della relatività generale e delle regole della fisica.
Raggiungere questo obiettivo non sarà facile. La missione interstellare dovrà affrontare due sfide fondamentali. La prima sarà trovare un buco nero abbastanza vicino da poter essere esplorato, e poi sviluppare sonde minuscole in grado di resistere a quel viaggio.
Affinché possa essere considerata una missione di un veicolo spaziale verso un buco nero, questo dovrebbe trovarsi a 20 o 25 anni luce dalla Terra. I buchi neri più vicini conosciuti fino ad oggi sono molto più lontani: Gaia BH1 si trova a ben 1.560 anni luce dalla Terra e nel 2020 è stata annunciata la scoperta di un buco nero a mille anni luce, in un sistema chiamato HR 6819.
Le conoscenze precedenti sull’evoluzione delle stelle, sostiene Bambi, suggeriscono che potrebbe esserci un buco nero in agguato a soli 20 o 25 anni luce dalla Terra, ma ammette che trovarlo non sarà facile.
Poiché i buchi neri non emettono né riflettono la luce, sono praticamente invisibili ai telescopi, quindi gli scienziati li rilevano e li studiano in base al modo in cui influenzano le stelle vicine o distorcono la luce.
Tuttavia, la speranza di questo cosmologo risiede nei nuovi metodi che si stanno sviluppando per rilevarli. Tenendo conto di ciò, ritiene ragionevole che entro un decennio circa si possa trovare un buco nero a quella distanza o leggermente superiore.
“Con l’aumentare della distanza, aumentano anche le sfide tecnologiche, ma finché il buco nero si trova a 40-50 anni luce di distanza, la missione può ancora essere portata a termine.
Se fosse a più di 50 anni luce, il viaggio sarebbe ancora troppo lungo, anche se fosse possibile costruire sonde a velocità molto vicine a quella della luce”, sostiene. Una volta individuato l’obiettivo, bisognerebbe costruire e inviare le minuscole navicelle e fare in modo che resistano al viaggio. Come farebbero a sopravvivere in un ambiente così estremo?, gli abbiamo chiesto.
“Il fatto che il campo gravitazionale intorno a un buco nero sia molto intenso non è un problema. Ciò che potrebbe distruggere la sonda sono i cosiddetti effetti di marea, il che significa che diverse parti della sonda potrebbero subire campi gravitazionali diversi. Questo potrebbe distruggere la sonda stessa, ma se le sonde sono piccole, ciò non accade”, spiega.
“Per inviare dati dalle vicinanze del buco nero alla Terra, è necessaria una sorta di antenna, che deve essere relativamente grande. L’idea è quella di avere una sorta di nave madre che si mantenga a una certa distanza dal buco nero, seguita da mini-astronavi che possano avvicinarsi maggiormente al buco nero. Queste comunicherebbero i loro dati alla nave madre, che (con l’antenna) potrebbe quindi inviare i dati alla Terra“, propone.
Una ‘rivoluzione’ per la fisica
Se ha scelto questo campo per la sua ricerca è perché ritiene che ”i buchi neri siano i migliori laboratori per testare la teoria della relatività di Einstein in condizioni estreme”. Se una navicella potesse avvicinarsi al buco nero, i ricercatori potrebbero condurre esperimenti per rispondere ad alcune delle domande più urgenti della fisica. Un buco nero ha davvero un orizzonte degli eventi? Le leggi della fisica cambiano vicino a un buco nero? La teoria della relatività generale di Einstein si verifica nelle condizioni più estreme dell’universo?
Secondo Bambi, se fosse possibile inviare nanosonde in un buco nero e “misurare le deviazioni dalle previsioni della relatività generale, sarebbe chiaramente una rivoluzione per la fisica moderna. La relatività generale non è solo la teoria delle interazioni gravitazionali, ma anche la teoria della struttura dello spazio-tempo. Le teorie che vanno oltre la relatività generale possono rispondere a domande fondamentali e filosofiche come cosa sia il tempo, dove abbia avuto origine l’universo e perché lo vediamo così com’è oggi“, sostiene.
Sebbene l’articolo sia stato pubblicato giovedì, ha già condiviso le sue idee con altri colleghi che, secondo lui, hanno accolto ”positivamente” la sua proposta. “Nessuno può affermare se questa idea possa dare risultati concreti, ma vale sicuramente la pena prenderla in considerazione. Il primo passo è trovare un buco nero non troppo lontano, e questo è compito degli astrofisici. Se ne trovassimo uno, la sua scoperta contribuirebbe automaticamente a far conoscere il progetto a una comunità più ampia”, afferma.
Il ricercatore sottolinea che “è estremamente difficile fare previsioni a lungo termine sul progresso tecnologico, poiché le scoperte possono letteralmente rivoluzionare un determinato settore. Ciò che oggi è considerato impossibile potrebbe diventare possibile in pochi anni”.
Il ricercatore italiano si è trasferito 13 anni fa in Cina, un Paese che, secondo lui, sta investendo molto nell’istruzione e nella ricerca: “Quando sono arrivato all’Università di Fudan ero relativamente giovane e l’offerta che mi hanno fatto era molto buona, con condizioni che non avrei potuto avere in Europa o in Nord America”, assicura.
In particolare, sottolinea l’ambizione del programma spaziale cinese: “Ha missioni molto interessanti. I progressi compiuti negli ultimi 10 o 15 anni sono notevoli, ma anche il sistema cinese ha i suoi problemi che devono essere risolti se vogliono continuare a progredire”.