Simulandone il processo di formazione, un team internazionale di fisici propone una soluzione rivoluzionaria per la fisica dei buchi neri
«I buchi neri, previsti dalla relatività generale di Albert Einstein, sono tra gli oggetti più bizzarri dell'Universo. Se in realtà fossero dei quasi buchi neri?». Parole di Stefano Liberati, astrofisico della SISSA che, con Carlos Barceló, Sebastiano Sonego e Matt Visser, ha pubblicato su Physical Review Letter l'articolo Hawking-like radiation does not require a trapped region.
Il buco nero è un corpo celeste estremamente denso e caratterizzato da un'attrazione gravitazionale talmente elevata da distorcere lo spazio-tempo e intrappolare anche la luce al suo interno. Il suo confine è chiamato orizzonte degli eventi: una superficie formata da raggi di luce che non riescono a fuggire verso l'esterno. A metà degli anni Settanta il fisico Stephen Hawking scoprì che i buchi neri evaporano emettendo radiazione termica, detta poi radiazione di Hawking, della quale finora non c'è alcuna prova osservativa. Liberati, Barceló, Sonego e Visser, nel contributo scientifico pubblicato su PRL, propongono un nuovo modello teorico che potrebbe permettere di testare in laboratorio l'analogo della radiazione di Hawking: il quasi buco nero.
Dal punto di vista teorico, la radiazione di Hawking è stata un elemento chiave nel dibattito su come conciliare la relatività generale con la meccanica quantistica. «Il fatto che il buco nero evapori emettendo radiazione termica, che è la forma più degradata di energia, implica che quasi tutta l'informazione su ciò che vi è intrappolato all'interno è persa – spiega Liberati – e questo è inconciliabile con le leggi della meccanica quantistica. Ecco che il problema della perdita di informazione nasce simultaneamente all'ipotesi dell'esistenza di questa radiazione».
Al fine di studiare questo problema, oltre che per capire la natura dei buchi neri e verificarne la teoria, i ricercatori da tempo utilizzano come strumenti teorici i modelli analoghi, quali per esempio i superfluidi. «Agli inizi degli anni Ottanta lo scienziato canadese William Unruh – ricorda Liberati – osservò infatti che la propagazione del suono in un superfluido, come l'elio liquido, e la propagazione della luce in uno spazio-tempo curvo sono governate dalle stesse equazioni». Questa analogia implica che il comportamento dei fononi (i quanti di suono) in un superfluido è lo stesso dei fotoni (i quanti di luce) in uno spazio-tempo curvo. Una regione supersonica può dunque essere considerata come un buco nero acustico e può essere quindi usata per comprendere l'origine della radiazione di Hawking.
«Con i miei colleghi – illustra Liberati, che alla SISSA di Trieste è docente nel settore di Astrofisica – ho studiato il processo di formazione di un buco nero acustico descrivendo l'evoluzione del fluido nel tempo e, con grande sorpresa iniziale, ci siamo resi conto che emette una radiazione termica indistinguibile dalla radiazione di Hawking anche nel caso in cui l'orizzonte acustico, e quindi il buco nero, si formi solo asintoticamente, a tempi infiniti. Nel nostro modello, cioè, non serve formare una regione supersonica, analoga alla regione di intrappolamento della luce, per assistere all'emissione della radiazione di Hawking».
Il team internazionale di fisici ha così proposto un nuovo scenario rivoluzionario per la fisica dei buchi neri. «Riteniamo possibile supporre, infatti, che effetti quantistici prevengano la formazione dell'orizzonte. In sostanza suggeriamo il quasi buco nero come nuovo modello: un oggetto che osservativamente è indistinguibile da un buco nero ma che in realtà ha una struttura radicalmente diversa da esso, in prossimità della sua superficie».
«Credo che la nostra ricerca – conclude Liberati – sia importante per due aspetti. Uno sperimentale: il modello del quasi buco nero è più facile da riprodurre in laboratorio perchè non contempla la formazione della regione supersonica ma ugualmente consente di testare l'analogo della radiazione di Hawking. Uno teorico: proponiamo infatti di vagliare un nuovo scenario per la fisica dei buchi neri, uno scenario in cui l'orizzonte si forma solo in tempi infiniti e nel quale si può dimostrare che l'informazione non andrebbe persa. Non è da escludere cioé, ma da verificare, che i buchi neri anche in natura siano in effetti dei quasi buchi neri».
Fonte: http://www.trieste.com/scienza/news/buchi_neri.html
Vedi: http://download.kataweb.it/mediaweb/pdf/espresso/scienze/2006_450_1.pdf