Spazio

I buchi neri si restringono se non crescono: confermata l’ipotesi di Hawking

Le nostre prime rilevazioni dirette che confermano l’esistenza di buchi neri hanno avuto luogo solo in questo secolo, è normale quindi che siano ancora molte le cose che non conosciamo su questi misteriosi oggetti cosmici. Il problema è che anche ciò che crediamo di sapere potrebbe non essere corretto, un fatto che è stato reso evidente in una nuova scoperta. Durante l’esecuzione di equazioni per le correzioni quantistiche della gravità per l’entropia di un buco nero, una coppia di fisici ha infatti scoperto che i buchi neri esercitano pressione sullo spazio che li circonda.

Non c’è molta pressione, certo, ma è una scoperta che è affascinante e soprattutto coerente con la previsione di Stephen Hawking che i buchi neri emettono radiazioni e quindi non solo hanno una temperatura, ma si restringono lentamente nel tempo, in assenza di accrescimento. “La nostra scoperta che i buchi neri di Schwarzschild hanno una pressione e una temperatura è ancora più eccitante dato che è stata una sorpresa totale”, ha detto il fisico e astronomo Xavier Calmet dell’Università del Sussex nel Regno Unito.

“Se si considerano i buchi neri all’interno della sola relatività generale, si può dimostrare che hanno una singolarità nei loro centri in cui le leggi della fisica come le conosciamo cedono il passo a qualcos’altro. Si spera che quando la teoria quantistica dei campi sarà incorporata nella relatività generale, potremo essere in grado di trovare una nuova descrizione dei buchi neri”.

Quando hanno fatto la loro scoperta, Calmet e il suo collega dell’Università del Sussex, il fisico e astronomo Folkert Kuipers, stavano eseguendo calcoli usando la teoria quantistica dei campi per cercare di sondare l’orizzonte degli eventi di un buco nero.

In particolare, stavano cercando di capire le fluttuazioni all’orizzonte degli eventi di un buco nero che correggono la sua entropia. Mentre eseguivano questi calcoli, Calmet e Kuipers continuavano a imbattersi in una figura aggiuntiva che appariva nelle loro equazioni, ma ci volle un po’ di tempo prima che riconoscessero ciò che stavano guardando: la pressione.

Non è chiaro cosa stia causando la pressione e, secondo i calcoli del team, si tratta comunque di una quantità molto piccola. Inoltre, è negativa e ciò significa esattamente quello che sembra significare: il buco nero si restringerebbe, non crescerebbe. Questo è coerente con la previsione di Hawking, anche se a questo punto è impossibile determinare come la pressione negativa si riferisca alla radiazione di Hawking, o anche se i due fenomeni siano correlati.

Tuttavia, la scoperta potrebbe avere implicazioni interessanti per i nostri tentativi di mettere d’accordo la relatività generale su macro scala e la meccanica quantistica, che opera invece su scale estremamente piccole. Si ritiene che i buchi neri siano la chiave di questa impresa. La singolarità del buco nero è matematicamente descritta come un punto unidimensionale di densità estremamente elevata, a quel punto la relatività generale va in crisi ma il campo gravitazionale intorno ad esso può essere descritto solo relativisticamente.

Capire come i due regimi si incastrano insieme potrebbe anche aiutare a risolvere un problema davvero spinoso relativo ai buchi neri: secondo la relatività generale, le informazioni che scompaiono oltre un buco nero potrebbero sparire per sempre. Questo però non può essere vero nella meccanica quantistica. Un paradosso dell’informazione del buco nero che potrebbe essere risolto dall’esplorazione matematica dello spazio-tempo intorno a un buco nero.