Андрей Тихомиров
La ricerca scientifica certifica-3

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Buchi neri Nell'universo

Rajibul Sheikh del Tata Institute of Fundamental Research In India ha proposto un modo per distinguere le gole delle talpe dai buchi neri. Una prestampa di un articolo scientifico con calcoli teorici della fisica è pubblicata sul sito arXiv.org.

Una talpa (nota anche come talpa e wormhole) è un oggetto ipotetico, in ogni momento è un "tunnel diretto" tra alcune aree dello spazio. Immaginiamo un pezzo di carta stropicciato. È possibile viaggiare senza lasciare la sua superficie. Quindi, per passare dal punto a al punto B, dovrai superare fedelmente tutte le sue curve. E puoi "perforare" la superficie e raggiungere il punto desiderato dall'altra parte del ceppo. Questa è l'opportunità e fornisce un wormhole (anche se non veicoli spaziali, ma nella migliore delle ipotesi fotoni).

Le talpe hanno a lungo stimolato l'immaginazione dei fisici, perché questo è un modo per guardare in aree dello spazio inaccessibili all'osservazione diretta a causa della velocità della luce molto piccola su scala cosmica. Inoltre, secondo alcune teorie, i wormhole collegano diversi universi nel Multiverso. Quindi, potenzialmente, puoi guardare in un altro universo.

La presenza di wormhole non contraddice la relatività generale di Einstein, la teoria dello spazio – tempo più profonda e meglio testata fino ad oggi. È vero, per mantenere la talpa sono necessarie forme esotiche di materia, di cui i fisici non sono ancora sicuri.

Laddove i teorici mancano di conoscenza, l'osservazione può aiutare. La difficoltà è che per un astronomo, l '"ingresso" in una talpa (la gola, come dicono gli esperti) dovrebbe apparire praticamente come un buco nero.

Come sapete, i buchi neri non sono osservati direttamente, quindi sono neri. Vengono rilevati grazie al bagliore della materia che cade su di loro, ai parametri delle orbite dei corpi satellite e, più recentemente, anche alle onde gravitazionali. Fino ad ora, tuttavia, gli astronomi non conoscevano un modo per distinguere un buco nero da una talpa.

Lo sceicco suggerisce questo metodo. Si basa su una struttura speciale che si forma a causa dell'effetto della gravità di un buco nero sui fotoni che lo circondano. Questa è una caratteristica area scura su uno sfondo luminoso, la cosiddetta ombra. La fonte della "retroilluminazione" necessaria per creare un'ombra può essere sia il disco della materia che cade in un buco nero (disco di accrescimento, come dicono gli esperti), sia altri corpi celesti.

Il fisico ha considerato una certa classe di wormhole, le cosiddette talpe di Theo. Ha teoricamente studiato la dipendenza della forma dell'ombra del collo dalla sua velocità di rotazione attorno al suo asse. L'autore ha quindi confrontato i risultati con il comportamento del modello più popolare di buco nero rotante, noto come buco nero di Kerr.

Come chiarisce la pubblicazione ScienceAlert, si è scoperto che con una lenta rotazione, il collo del wormhole non può essere distinto dal buco nero. Tuttavia, se l'oggetto gira più velocemente, la forma dell'ombra ci consente di dire se il buco nero è davanti a noi o dopo tutto il collo del wormhole. È importante che tali velocità non siano proibitivamente elevate e possano essere osservate nella realtà.

"I risultati ottenuti qui mostrano che i wormhole, che sono considerati in questo lavoro e hanno una ragionevole velocità di rotazione attorno al loro asse, attraverso le osservazioni, le loro ombre possono essere distinte dai buchi neri", scrive Sheikh nell'abstract del suo articolo.

La difficoltà è che ad oggi non sono state ancora osservate ombre né dai buchi neri né dalle bocche delle talpe. Il motivo è che richiede una risoluzione molto elevata (la capacità di distinguere i dettagli fini). Tuttavia, il sistema di radiotelescopi EHT, progettato per "distinguere" direttamente l'orizzonte degli eventi di un buco nero, presumibilmente ha i parametri giusti e ha già effettuato le prime osservazioni.

Gli scienziati della Johns Hopkins University hanno proposto un'ipotesi sull'esistenza di un tipo speciale di oggetti cosmici che sono invisibili e piegano la luce come buchi neri, ma non hanno il classico orizzonte degli eventi. La scoperta è riportata in un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review D.

I ricercatori hanno approfittato della teoria delle stringhe per condurre una ricerca teorica di oggetti in grado di riprodurre gli stessi effetti gravitazionali dei buchi neri. Hanno scoperto che questa condizione corrisponde ai solitoni topologici, che sono un tipo insolito di deformazione dello spazio e del tempo che coinvolge dimensioni compatte aggiuntive.

Le simulazioni al computer hanno mostrato che i solitoni topologici, a differenza dei normali buchi neri, emettono deboli raggi di luce che altrimenti non sarebbero in grado di sfuggire alla gravità di un vero buco nero. I fotoni si muovono lungo numerose traiettorie curve, facendo apparire sfocata l'ombra di un falso buco nero. In un normale buco nero, tale ombra definisce i confini dell'orizzonte degli eventi, una regione da cui la luce non può sfuggire.

I solitoni topologici sono il risultato di una modifica del 2021 della relatività generale di Einstein con l'aiuto di alcune conclusioni della teoria delle stringhe. Forniscono un esempio di oggetti esotici all'interno della gravità quantistica che tenta di conciliare la meccanica quantistica e gli effetti della relatività. Tuttavia, anche senza l'uso della teoria delle stringhe, è possibile l'esistenza di altri oggetti ipotetici che sono alternative ai buchi neri, ad esempio stelle bosoniche e gravastar.

Dal libro di Tikhomirov A. E. Structural levels and systemic organization of matter. "Litres", Mosca, 2023, P. 1 (Traduzione da anghian): «i fisici teorici della Radboud University di Nijmegen hanno condotto uno studio verificando che la teoria dei buchi neri di Stephen Hawking fosse corretta. I risultati ottenuti lo hanno confermato in parte e hanno anche permesso di ipotizzare che tutto nell'universo stia gradualmente evaporando. Il nuovo studio teorico è stato condotto dai fisici Michael Wondrak, Walter Van Suylek e Heino Falke. Hanno testato la teoria del famoso fisico teorico Stephen Hawking sui buchi neri e hanno scoperto che aveva ragione in molti modi, ma non in tutto. Ai suoi tempi, Hawking, usando una combinazione di Fisica Quantistica e teoria della gravità di Einstein, sostenne che la nascita spontanea e l'annientamento di coppie di particelle dovevano avvenire vicino all'orizzonte degli eventi. Questo è il nome del "punto di non ritorno", cioè un tratto invisibile oltre il quale per qualsiasi oggetto, anche il più piccolo, non c'è più salvezza dalla forza gravitazionale di un buco nero.

La particella e la sua antiparticella nascono da un campo quantistico per un tempo molto breve, dopo di che vengono immediatamente annichiliti. Ma a volte accade ancora che una particella cada in un buco nero e l'altra ne esca. Questo fenomeno è stato chiamato radiazione di Hawking. Secondo lo stesso Hawking, un processo come questo alla fine dovrebbe portare all'evaporazione del buco nero.