Quando si parla di buchi neri non siamo sicuri nemmeno di ciò che non sappiamo, un fatto che, recentemente, è stato reso evidente da una nuova scoperta. Durante l’esecuzione di equazioni per le correzioni della gravità quantistica per l’entropia di un buco nero, una coppia di fisici ha scoperto che i buchi neri esercitano una pressione sullo spazio circostante.
Non c’è molta pressione, certo, ma è una scoperta che affascinane e coerente con la previsione di Stephen Hawking secondo cui i buchi neri emettono radiazioni e quindi non solo hanno una temperatura, ma si restringono lentamente nel tempo, in assenza di accrescimento, evaporando lentamente.
“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 solo all’interno della relatività generale, si può dimostrare che hanno una singolarità nei loro centri in cui le leggi della fisica come le conosciamo devono infrangersi”.
“Si spera che quando la teoria quantistica dei campi sarà incorporata nella relatività generale, potremmo 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.
Nello specifico, stavano cercando di comprendere le fluttuazioni all’orizzonte degli eventi di un buco nero che correggessero la sua entropia, una misura della progressione dall’ordine al disordine.
I buchi neri esercitano una pressione sullo spazio
Mentre eseguivano questi calcoli, Calmet e Kuipers continuavano a imbattersi in una figura aggiuntiva che appariva nelle loro equazioni, ma ci volle un po’ prima che riconoscessero ciò che stavano guardando: la pressione.
“Il momento in cui ci siamo resi conto che il risultato misterioso nelle nostre equazioni ci stava dicendo che il buco nero che stavamo studiando aveva una pressione – dopo mesi di lotta con esso – è stato esilarante“, ha detto Kuipers.
Non è chiaro quale sia la causa della pressione e, secondo i calcoli del team, è molto piccola. Inoltre, è negativa – espresso come -2E -46 bar per un buco nero la massa del Sole, rispetto a 1 bar della Terra a livello del mare.
Questo significa esattamente quello che sembra significare: il buco nero si restringerebbe, non crescerebbe. Ciò è coerente con la previsione di Hawking, sebbene ancora sia impossibile determinare in che modo la pressione negativa sia correlata alla radiazione di Hawking, o anche se i due fenomeni siano correlati.
Tuttavia, la scoperta potrebbe avere implicazioni interessanti per i nostri tentativi di quadrare la relatività generale (su macro scale) con la meccanica quantistica (che opera su scale estremamente piccole).
Si pensa che i buchi neri siano la chiave di questa impresa. La singolarità del buco nero è descritta matematicamente come un punto unidimensionale di densità estremamente elevata, a quel punto la relatività generale si rompe, ma il campo gravitazionale attorno ad esso può essere descritto solo relativisticamente.
Capire come i due regimi si incastrano potrebbe aiutare a risolvere anche un problema davvero spinoso del buco nero. Secondo la relatività generale, le informazioni che scompaiono al di là di un buco nero potrebbero scomparire per sempre. Sotto la meccanica quantistica, questo non può essere.
Questo è il paradosso dell’informazione del buco nero e l’esplorazione matematica dello spazio-tempo attorno a un buco nero potrebbe aiutare a risolverlo.
“Il nostro lavoro è un passo in questa direzione“, ha detto Calmet, “e sebbene la pressione esercitata dal buco nero che stiamo studiando sia minuscola, il fatto che sia presente apre molteplici nuove possibilità, che abbracciano lo studio dell’astrofisica, delle particelle fisica e fisica quantistica“.
La ricerca è stata pubblicata in Physical Review D.
