Buchi neri e mini universi frattali

I buchi neri sono gli oggetti più misteriosi e affascinanti del nostro Universo. Vengono associati a passaggi dimensionali, scorciatoie temporali o condotti che portano in altri universi. Se queste possono sembrare delle stranezze, potrebbero esistere dei buchi neri con delle caratteristiche ancora più strane.

Queste stranezze le ha scoperte un team di ricercatori che ha studiato matematicamente i buchi neri carichi trovando un inferno spazio-temporale, un paesaggio frattale esotico e molto altro.

Superconduttore olografico

In teoria esistono diversi tipi di buchi neri, quelli con o senza carica elettrica, quelli rotanti, quelli fissi, quelli circondati dalla materia o quelli che fluttuano nello spazio vuoto.

Alcuni di questi buchi neri sono presenti nel nostro Universo come, ad esempio, i buchi neri rotanti circondati da materia in caduta. Nonostante molti di questi modelli di buchi neri  siano puramente teorici, i fisici sono interessati al loro studio matematico alla ricerca di nuove relazioni che possono avere implicazioni con la realtà.

Uno di questi buchi neri teorici è un corpo caricato elettricamente avvolto da uno spazio noto come “anti-de Sitter“. Senza addentrarci in spiegazioni troppo complesse possiamo affermare semplicemente che questo tipo di spazio a forma di sella di cavallo non corrisponde alla descrizione del nostro universo (in parole povere, un universo con spazio anti-de Sitter, avrebbe una costante cosmologica negativa, il che significa che qualsiasi materia tenderebbe a condensarsi in un buco nero, contrariamente all’espansione accelerata che sta avvenendo nel nostro Universo).

Secondo gli scienziati è importante studiare i buchi neri carichi in quanto presentano molti punti in comune con i buchi neri rotanti pur essendo più semplici da approcciare matematicamente. L’idea è quella di studiarli per ottenere informazioni utili sui buchi neri rotanti dell’universo reale.

In uno studio pubblicato nel database di preprint arXiv, un team di ricercatori ha recentemente utilizzato la matematica della superconduttività per scoprire cosa si trova sotto la superficie di questi oggetti ipotetici. I fisici hanno scoperto che quando questi buchi neri diventano relativamente freddi, vengono circondati da una “nebbia” di campi quantistici.

Questa nebbia aderisce alla superficie e viene trascinata nel buco nero dalla potente attrazione gravitazionale, ma respinta dai potenti campi elettrici dello stesso buco nero. Questa foschia di campi quantistici funziona allo stesso modo dei superconduttori.

Gli stessi superconduttori hanno applicazioni nella nostra tecnologia e funzionano conducendo la corrente elettrica senza che il conduttore opponga resistenza trasformando parte dell’energia in calore. Questa ricerca avrà diverse applicazioni e potrà essere utilizzata per capire la struttura matematica del funzionamento dei superconduttori.

Il quasi wormhole

I buchi neri carichi simili a quelli presenti nel nostro universo presentano al loro interno alcune particolarità. Posseggono un orizzonte degli eventi esterno, una sorta di confine che una volta varcato è impossibile da riattraversare. Superato quel confine troviamo un orizzonte interno, una regione di forti energie quantistiche. Oltre questo secondo orizzonte vi è, almeno secondo la matematica, un wormhole che porta a un buco bianco posto in un’altra regione dell’Universo.

Ma questa è solo matematica, non sappiamo se i wormhole esistono realmente in quanto la matematica stessa funziona fino a quando non si supera l’orizzonte interno e non potremo apprendere altro fino a quando non svilupperemo una fisica più avanzata.

Fortunatamente, i buchi neri carichi circondati dallo spazio anti-de Sitter, chiamati “buchi neri superconduttori“, non soffrono di questo problema.

Infatti il loro orizzonte interno si rompe, consentendo il passaggio senza che un oggetto o un viaggiatore subiscano il processo noto come “spaghettificazione“. La spaghettificazione avviene, secondo la fisica, nei normali buchi neri stazionari. Tuttavia questo wormhole presente all’interno del buco nero superconduttore può collassare impedendo il passaggio.

Nella realtà le particelle nei superconduttori possono oscillare, supportando le onde che si muovono avanti e indietro in un effetto noto come Oscillazioni Josephson. Anche nel cuore di questi buchi neri, lo spazio stesso oscilla allo stesso modo. Precipitando in uno di questi gorghi cosmici, il viaggio di un ipotetico astronauta sarebbe tutt’altro che placido.

Una volta superata questa zona di spazio, secondo lo studio, le regioni più profonde del buco nero superconduttore possono presentare uno strano universo in miniatura in espansione, un luogo in cui lo spazio può dilatarsi e deformarsi a velocità diverse e in direzioni diverse.

I buchi neri superconduttori, a seconda della temperatura di alcune regioni interne possono innescare un nuovo ciclo di vibrazioni che crea un ulteriore ciclo che crea nuovo spazio in espansione in maniera sequenziale, e così via su scale sempre più piccole. L’interno del buco nero superconduttore diventerebbe cosi un mini universo frattale che si ripete su scale sempre più piccole.

Al centro dello spazio frattale si trova la singolarità: il punto di densità infinita, il luogo in cui risiede ogni frammento di materia che sia mai precipitata nel buco nero.

Sfortunatamente, anche le tecniche matematiche superconduttive non sono in grado di descrivere cosa accade alla singolarità. Tutta la fisica conosciuta non è in grado di penetrare il cuore nascosto dei buchi neri, fino a quando gli scienziati non troveranno conforto in una nuova teoria della fisica in grado di aprire questo scrigno.

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