Se i wormhole lasciassero tracce visibili con i telescopi?

"Se finisci in un buco nero, non mollare. C'è una via d'uscita" cit. Stephen Hawking

I wormhole, altrimenti noti come tunnel spazio temporali che consentono di viaggiare nello spazio-tempo, potrebbero lasciare nel cielo "impronte oscure" rivelatrici, che potrebbero essere viste con i telescopi. Questo almeno è quello che suggerisce un nuovo studio consultabile liberamente su ArXiv e sottoposto per valutazione alla rivista Physical Review D.

La questione è apparentemente semplice: se nell'Universo esistono tunnel spazio temporali che - in linea del tutto teorica - si potrebbero usare come scorciatoie per attraversare il tessuto dello spazio-tempo e "saltare" da un punto all'altro nello Spazio, come si fa a trovarli?

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La questione è tutt'altro che semplice, perché sebbene i wormhole siano fra gli argomenti più gettonati dalla Fantascienza, e siano legati a doppio filo con i buchi neri che da sempre attirano la nostra curiosità, la loro esistenza resta plausibile in linea teorica, ma finora mai verificata da un punto di vista osservativo.

Ci si muove infatti in un campo in cui la Fisica teorica si spinge al limite e in cui risulta necessario combinare le due grandi teorie della Fisica moderna: Relatività Generale e Meccanica Quantistica. Teorie che, occorre ricordare, a tutt'oggi non sono in completo accordo fra loro, nonostante i numerosi tentavi compiuti sinora dagli scienziati per giungere a una sintesi. Per non rischiare di scomparire chissà dove, come risucchiati da un buco nero, prima di finire questo articolo, partiamo dalla sintesi estrema dei concetti di base: i wormhole sono ammessi dalla teoria di Albert Einstein, che nel 1935 insieme al collega Nathan Rosen si rese conto che la Relatività Generale permette, da un punto di vista matematico, l'esistenza di "ponti" che potrebbero collegare due punti diversi dello spazio-tempo. Per questo sono conosciuti anche come Ponti di Einstein-Rosen.

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Come si genera un wormhole? Per quanto ne sappiamo, un tunnel spazio temporale può verificarsi solo in presenza di una quantità di materia (o di energia) così elevata da causare una distorsione della struttura dello spazio-tempo, tale per cui due zone lontane nello spazio finiscono per interconnettersi fra loro. Una situazione questa che, sempre stando alle conoscenze attuali, si può verificare solo in presenza di un buco nero.

Peccato che i buchi neri non siano direttamente osservabili con i telescopi di oggi. Gli scienziati auspicano di farlo con l'Event Horizon Telescope (EHT) di cui avevamo parlato in dettaglio nel nostro articolo Il telescopio grande come la Terra per guardare i buchi neri.

Che cosa c'entra tutto questo con la nuova ricerca? Secondo quanto pubblicato da Rajibul Shaikh del Tata Institute of Fundamental Research di Mumbai, i wormhole potrebbero lasciare delle tracce visibili con i telescopi. In particolare, si parla di strutture distorte che si dovrebbero vedere appena al di fuori dei buchi neri stessi.

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Alain r / Wikimedia / CC BY-SA 3.0

Il procedimento, teoricamente, è simile a quello seguito per l'osservazione dei buchi neri: l'oggetto in sè non è ovviamente osservabile, ma è possibile rilevare le tracce che la presenza del buco nero lascia sull'ambiente circostante. In generale, un buco nero assorbe, oltre alla materia, una certa quantità di fotoni, mentre altri vengono deviati e "sparati" via, come rimbalzando, a causa degli effetti gravitazionali del buco nero sulla struttura dello spazio-tempo. Infatti, occorre ricordare che in un ambiente in cui lo spazio-tempo è praticamente ripiegato su se stesso, la luce non può più viaggiare in linea retta, ma piuttosto tenderà a seguire il percorso più breve in uno spazio curvo, ovvero quella che viene chiamata, in linguaggio matematico, geodetica.

La luce riflessa dal buco nero risulterà ovviamente visibile,  mentre i fotoni assorbiti lasceranno delle tracce scure, di forma circolare, che circondano l'orizzonte degli eventi. Una sorta di ombra appunto.

In linea del tutto teorica quindi gli astronomi potrebbero identificare l'ombra di un buco nero perché se i fotoni dispersi danno luogo a punti luminosi, i fotoni catturati formerebbero invece macchie scure.

Nel caso di un wormhole, la porta di ingresso sarebbe pur sempre un buco nero, per cui la domanda è: come distinguere un semplice buco nero da uno generante un wormhole?

Secondo i calcoli di Shaikh un certo tipo di wormhole rotante proietterebbe un'ombra più grande e meno nitida, oltrechè distorta, rispetto a quella prodotta da un buco nero. Un certo tipo, perché le ombre dei wormhole che ruotano a bassa velocità avrebbero la stessa forma circolare di un buco nero, mentre solo quelle dei wormhole che ruotano più velocemente produrrebbero ombre più distorte e più facili da distinguere.

C'è da dire che tutto questo discorso si basa sul confronto con il modello di buco nero più generale conosciuto. In effetti, i buchi neri hanno da sempre affascinato gli scienziati (e non solo), proprio per la loro caratteristica di risucchiare qualunque cosa, dei luoghi in cui le stesse leggi della Fisica non valgono più. Per questo si è cercato a lungo di elaborare vari modelli, trovando quei parametri dei quali avesse ancora senso parlare nel descrivere un buco nero. Nello specifico, l'autore prende in esame i cosiddetti buchi neri di Kerr, ovvero caratterizzati da tre parametri: massa, carica elettrica e momento angolare (responsabile della rotazione, che ci interessa maggiormente in questo caso).

È qui che si presenta il primo problema: lo studio di cui stiamo parlando si concentra su un solo tipo di wormhole, previsto da Edward Teo dell'Università di Cambridge nel celebre studio "Rotating traversable wormholes". Per ammissione dello stesso Shaikh, "bisognerà verificare se e fino a che punto i risultati si possano applicare a classi più ampie di wormhole".

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Foto: © Andreus / Depositphotos

Tuttavia è anche lo studio in sé a generare perplessità nel settore. Per esempio, il fisico John Friedman dell'Università del Wisconsin-Milwaukee non è convinto dell'esistenza del tipo di wormhole a cui fa riferimento Shaikh. A suo parere anzi "è altamente improbabile che esistano wormhole macroscopici rotanti". Non solo, ma anche ammesso che esistessero, "la natura sconosciuta della materia che li costituisce renderebbe impossibile prevederne l'ombra".  La considerazione di Friedman si basa sul fatto che per calcolare l'ombra è necessaria la conoscenza della geometria del tessuto spazio-temporale attorno al wormhole. Una geometria che dipende direttamente dalle proprietà della materia esotica che nessuno conosce. Sempre che di materia si possa parlare, trovandoci a discutere di una distorsione dello spazio-tempo.

Il mondo scientifico continuerà a valutare e rivalutare i calcoli di Shaikh, e di chi costruirà ipotesi scientifiche dopo di lui. Nel frattempo non perdete le speranze di fare prima o poi un viaggio in un wormhole, il tempo è una questione relativa!

 


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