I buchi neri “non hanno capelli“: nessun attributo che può essere usato per distinguerli.
I buchi neri estremi (che ruotano alla massima velocità consentita) possono avere una proprietà aggiuntiva, capelli permanenti che sono fatti di un campo scalare senza massa. I buchi neri quasi estremi (come Gargantua, il buco nero nel film “Interstellar”) hanno capelli che sono un fenomeno transitorio: i buchi neri quasi estremi che tentano di farsi ricrescere i capelli li perderanno e diventeranno di nuovo calvi.
I buchi neri della teoria della relatività di Einstein possono essere completamente descritti con solo tre parametri: la loro massa, il momento angolare di spin e la carica elettrica.
Dal momento che due buchi neri che condividono questi parametri non possono essere distinti, indipendentemente da come sono stati fatti, si dice che i buchi neri “non hanno capelli”, non hanno, cioè, attributi aggiuntivi che possono essere usati per distinguerli.
All’inizio degli anni ’70 il compianto Jacob Bekenstein fornì una prova della non esistenza di capelli fatti di campi scalari, dato un insieme di ipotesi sulle proprietà di questi ultimi. Il ricercatore Lior Burko del Theiss Research ha dichiarato: “Dalla prova di Bekenstein, diversi articoli hanno descritto esempi di capelli scalari e tutti questi esempi violano l’uno o l’altro dei presupposti di Bekenstein”.
Recentemente, è stato dimostrato che i buchi neri caricati della massima carica elettrica possibile (buchi neri estremi) possono avere una proprietà aggiuntiva, capelli permanenti che sono fatti di un campo scalare senza massa e che questi capelli appena scoperti possono essere osservati da una grande distanza.
“Un capello scalare senza massa non viola nessuna delle ipotesi alla base della prova di Bekenstein. È stata una grande sorpresa per me quando questi nuovi capelli sono stati trovati da Angelopoulos, Aretakis e Gajic, quindi volevo guardarli in modo più dettagliato. capelli in un senso diverso rispetto ai tipi di capelli trovati in precedenza: non è il campo scalare stesso, ma un certo integrale su un derivato del campo scalare che deve essere calcolato sulla superficie del buco nero, sul suo evento orizzonte “, ha detto Burko.
I nuovi capelli possono essere osservati a grande distanza. “La misurazione a grande distanza che Angelopoulos, Aretakis e Gajic hanno trovato è, rigorosamente parlando, precisa solo a tempi infinitamente tardi“, ha aggiunto Burko. “Questi sarebbero osservatori che sono molto distanti dal buco nero e che effettuano le misurazioni nel futuro infinito. Volevamo vedere cosa succede in tempi tardivi ma limitati, vedere la dipendenza dal tempo della misurazione e come si avvicina al suo valore asintotico. Un’altra cosa speciale di questi nuovi capelli è che si applica solo a buchi neri esattamente estremi, e volevamo capire cosa succede quando il buco nero è quasi estremo, ma non esattamente estremo“.
Burko e i suoi colleghi Gaurav Khanna, dell’Università di Dartmouth, in Massachusetts e il suo ex studente Subir Sabharwal, attualmente con l’Eastamore Group, hanno dimostrato in un articolo appena pubblicato su Physical Review Research che le misurazioni da grande distanza si avvicinano al valore dei capelli. Ma poi sono andati oltre il modello originale utilizzato da Angelopoulos, Aretakis e Gajic, e hanno generalizzato i capelli in buchi neri che ruotano alla massima velocità di centrifuga possibile o solo vicino ad esso.
“Oltre a un valore massimo di carica, esiste anche un limite per la velocità con cui un buco nero può ruotare. I buchi neri che ruotano alla massima velocità consentita sono quindi chiamati buchi neri estremi. Descriviamo quindi sia i buchi neri dotati di carica massima che quelli con rotazione massima con il nome di buchi neri estremi, in quanto vi sono molte somiglianze tra i due. I nuovi capelli sono stati originariamente trovati attraverso un modello molto utile per studiare i buchi neri, in particolare i buchi neri che sono sfericamente simmetrici e caricati elettricamente. Ma i buchi neri nella realtà non hanno queste due caratteristiche. Invece, volevamo scoprire se questi capelli possono essere utilizzati anche per simulare i buchi neri “, ha detto Burko. “Nel film Interstellar il mostruoso buco nero Gargantua è quasi estremo. Volevamo vedere se Gargantua ha i capelli“.
Il team ha utilizzato simulazioni numeriche molto intense per generare i propri risultati. Le simulazioni hanno comportato l’utilizzo in parallelo di dozzine di unità di elaborazione grafica (GPU) Nvidia di fascia più alta per oltre 5.000 core ciascuna. “Ognuna di queste GPU può eseguire fino a 7 trilioni di calcoli al secondo; tuttavia, anche con tale capacità computazionale, le simulazioni hanno richiesto molte settimane per essere completate“, ha affermato Khanna.
Il team ha dimostrato che per i buchi neri rotanti quasi estremi i capelli sono un comportamento transitorio.
In periodi intermedi i buchi neri quasi estremi si comportano come i buchi neri estremi, ma ma poi tornano a comportarsi come buchi neri normali, non estremi. “I buchi neri quasi estremi possono far finta di essere estremi solo per un certo periodo di tempo. Ma alla fine il loro non essere estremi si manifesta“, ha riassunto Burko. “I buchi neri quasi estremi che tentano di far ricrescere i capelli li perderanno e diventeranno di nuovo calvi“.
