Cosa succede al centro di un buco nero?

In un articolo apparso si Space.com Paul M. Sutter, astrofisico al SUNY Stony Brook e al Flatiron Institute, conduttore di Ask a Spaceman e Space Radio e autore di How to Die in Space, ci fa compiere un viaggio ai confini del fantastico portandoci al centro di un buco nero dove si ritiene esista una terra di nessuno che gli scienziati hanno chiamato “singolarità”.
La singolarità è un luogo in cui la materia è compressa in un punto infinitamente piccolo e tutte le concezioni di tempo e spazio perdono il loro valore. Ma questo “non luogo” potrebbe non essere reale. Gli scienziati non sanno esattamente cosa si nasconda al centro di un buco nero, qualcosa deve sostituire la singolarità, ma non sanno esattamente cosa.
Paul Sutter ci accompagna lungo un percorso dove ci illustra alcune possibilità.
Stelle di Planck
La parte interna di un buco nero potrebbe essere cosi profonda che la materia non viene ridotta a un punto infinitamente piccolo. Al suo interno potrebbe celarsi la configurazione più piccola consentita alla materia, il più piccolo volume possibile. Questa regione interna è chiamata stella di Planck, ed è una possibilità teorica prevista dalla gravità quantistica ad anello, che è essa stessa una proposta altamente ipotetica per realizzare una versione quantistica della gravità. Nel mondo della gravità quantistica ad anello, lo spazio e il tempo sono quantizzati: l’universo intorno a noi è composto da piccoli pezzettini discreti, ma su una scala così microscopica che i nostri movimenti sembrano fluidi e continui.
Questa teoria dello spazio-tempo ha due vantaggi. Primo, porta il sogno della meccanica quantistica alla sua conclusione definitiva, spiegando la gravità in modo naturale. Secondo, rende impossibile la formazione di singolarità all’interno dei buchi neri. Mentre la materia si schiaccia sotto l’immensa forza gravitazionale di una stella che collassa, incontra resistenza. La discrezione dello spazio-tempo impedisce alla materia di raggiungere qualcosa di più piccolo della lunghezza di Planck (circa 1,68 volte 10 ^ -35 metri). Tutto il materiale che è mai caduto nel buco nero viene compresso in una palla non molto più grande di questa. Microscopico, ma decisamente non infinitamente minuscola.
Questa resistenza alla compressione costringe la materia a non collassare (cioè a esplodere), facendo dei buchi neri solo oggetti temporanei. Ma a causa degli effetti estremi di dilatazione del tempo intorno ai buchi neri, dal nostro punto di vista esterno ci vogliono miliardi, anche trilioni, di anni prima che esplodano.
Gravastars
Un secondo tentativo di aggirare il problema della singolarità, che non si fonda su teorie non testate sulla gravità quantistica, è noto come gravastar. Questo, spiega Sutter è un concetto altamente teorico. Una gravastar a differenza di un buco nero non nasconde una singolarità, ma è piena di energia oscura. L’energia oscura è un qualcosa che permea lo spazio-tempo, facendolo espandere verso. Sembra fantascienza, ma come scrive Sutter è reale: l’energia oscura è attualmente in funzione nel cosmo a grande scala, facendo accelerare il nostro intero universo nella sua espansione.
Poiché la materia cade su una gravastar, non è in grado di penetrare effettivamente nell’orizzonte degli eventi (a causa di tutta quell’energia oscura all’interno) e quindi rimane sulla superficie. Ma al di fuori di quella superficie, le gravastar sembrano e si comportano come normali buchi neri.
Recenti osservazioni sulla fusione di buchi neri effettuate con rilevatori di onde gravitazionali hanno potenzialmente escluso l’esistenza di gravastar, perché la fusione di gravastar darà un segnale diverso rispetto alla fusione di buchi neri, e attrezzature come LIGO (il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ) e Virgo sono in grado di registrare le flebili onde. Sebbene le gravastar non siano esattamente vietate nel nostro universo, la loro esistenza è in bilico.
Facciamo un giro
Le stelle di Planck e le gravastar sono nomi accattivanti e fantastici ma non sappiamo se questo basta a renderle reali. Probabilmente esiste una spiegazione più semplice per spiegare la singolarità, basata su una diversa visione dei buchi neri presenti nel nostro universo. L’idea di un singolo punto di densità infinita deriva dalla nostra concezione dei buchi neri stazionari, non rotanti, non caricati elettricamente, che sono secondo Sutter piuttosto noiosi. I veri buchi neri possono essere oggetti molto più interessanti, specialmente quando ruotano.
Se un buco nero ruota, la singolarità assume la forma di un anello. E secondo la teoria della relatività generale di Einstein, questa singolarità anulare è l’ingresso di un wormhole che porta a una struttura ipotetica chiamata buco bianco (l’opposto polare di un buco nero , dove nulla può entrare e la materia fuoriesce alla velocità della luce) in una zona completamente diversa dell’universo, o per altri teorici in un’altro universo. Ma secondo la relatività, questi passaggi sonno instabili e si chiudono al minimo tentativo di passaggio verso ipotetici luoghi fantastici.
La rotazione dei buchi neri è un problema, una singolarità ad anello ruota a un ritmo cosi elevato da creare un’incredibile forza centrifuga. E nella relatività generale, forze centrifughe abbastanza potenti agiscono come antigravità.
Questo crea un confine all’interno del buco nero, chiamato orizzonte interno. Al di fuori di questa regione, la radiazione che precipita verso la singolarità, spinta dall’estrema attrazione gravitazionale. Ma la radiazione è spinta dall’antigravità vicino alla singolarità dell’anello e il punto di svolta è l’orizzonte interno. Come scrive Sutter nel suo articolo se dovessi incontrare l’orizzonte interno, affronteresti un muro di radiazioni infinitamente energetiche – l’intera storia passata dell’universo, esplosa in faccia in meno di un battito di ciglia.
La formazione di un orizzonte interno getta i semi per la distruzione del buco nero. Ma i buchi neri rotanti esistono certamente nel nostro universo, quindi questo ci dice che la nostra matematica è sbagliata e che sta succedendo qualcosa di strano. Cosa sta realmente accadendo all’interno di un buco nero? Non lo sappiamo afferma Sutter– e la parte spaventosa è che forse non lo sapremo mai.
Fonte: https://www.space.com/what-happens-black-hole-center