Nell’infinita vastità dell’universo, è probabile che molti oggetti sfuggano ancora al regno dell’attenzione umana. I fisici teorici, persino Einstein, possono solo prevedere cosa potrebbe e cosa potrebbe non esserci là fuori ma finché non vediamo un oggetto nuovo non possiamo essere sicuri che esista. Per dirla semplicemente, ci sono alcune cose che la teoria suggerisce non dovrebbero esistere, ma che in realtà potrebbero esistere comunque. Questi oggetti sono l’opposto teorico dei buchi neri: i buchi bianchi.
Cosa sono i buchi bianchi?
Il modo più semplice per visualizzare un buco bianco è immaginarsi l’opposto di un buco nero.
I buchi bianchi non sono solo buchi neri con una nuova verniciatura. Infatti, nonostante il loro nome, si pensa che assomiglino molto ai buchi neri. Quasi identici, perfino: veri e propri gemelli cosmici. Un equipaggio di astronauti che vi si avvicinasse difficilmente sarebbe in grado notare la differenza.
Tuttavia, gli astronauti potrebbero capire immediatamente di avere a che fare con un buco bianco: non ci sarebbe un enorme pozzo gravitazionale a minacciare di risucchiarli. Questo perché i buchi neri e i buchi bianchi possono essere considerati come opposti funzionali l’uno dell’altro.
Mentre un buco nero potrebbe risucchiare tutta la materia vicina e schiacciarla con una forza sufficiente a separarla a livello atomico, i buchi bianchi non dovrebbero esercitare alcuna “attrazione”.
Allora, in che modo un buco bianco è “l’opposto” di un buco nero? È tutto nella caratteristica chiave di un buco nero. La vera caratteristica distintiva di un buco nero è avere un campo gravitazionale così forte che nessuna materia o radiazione, nemmeno la luce, può sfuggirgli.
Nel caso di un buco bianco, sarebbe vero il contrario: nulla potrebbe entrare. È un cancello cosmico che nulla può oltrepassare, né la luce, né la materia. Al contrario, un buco bianco emetterebbe costantemente materia e luce.
Come si dovrebbe formare un buco bianco?
Poiché si ipotizza che i buchi bianchi siano strettamente correlati ai buchi neri, ci sono diverse teorie su come potrebbero formarsi.
Le origini teoriche dei buchi bianchi possono essere fatte risalire al cosmologo russo Igor Novikov, che ne ipotizzò l’esistenza nel 1964. Novikov ebbe l’idea dei buchi bianchi come una sorta gemelli cosmici dei buchi neri come parte di una soluzione alle equazioni di campo di Einstein, basandosi sul opera del fisico tedesco Karl Schwarzchild, che ha descritto la geometria spaziotemporale dello spazio vuoto che circonda qualsiasi massa sferica.
Le soluzioni di Schwarzchild alle equazioni di campo di Einstein includevano la previsione che se una massa fosse compressa all’interno di un raggio critico (ora chiamato raggio di Schwarzschild), la sua gravità diventerebbe così forte che nemmeno la luce potrebbe sfuggire – in altre parole, diventerebbe un buco nero.
Ma la descrizione di Schwartzchild includeva anche la possibilità di un “gemello” teorico per il buco nero, così come quelli che ora chiamiamo wormhole – pieghe nello spaziotempo che gli oggetti nello spazio potrebbero teoricamente attraversare percorrendo quasi istantaneamente grandi distanze – tra l’orizzonte degli eventi di un buco nero e una versione teorica ‘negativa’ della singolarità.
Nel 1960, il matematico Martin David Kruskal estese il lavoro di Schwarzchild per includere un riflesso della singolarità del buco nero, ma fu Novikov che lo sviluppò nella nozione di buco bianco.
Fino a tempi più recenti, i fisici trattavano la possibilità dei buchi bianchi come un esercizio matematico: poteva essere dimostrato che matematicamente esistevano, ma erano visti come impossibili nell’universo reale. Uno dei motivi era che nessuno poteva trovare un meccanismo per come si potevano effettivamente formare: un buco nero si forma quando una stella collassa, ma il contrario: un buco nero che erutta in una stella sembrerebbe violare le leggi dell’entropia
Una teoria diversa suggerisce che i buchi bianchi non sono gemelli dei buchi neri, ma qualcosa che succede a un buco nero alla sua morte, anche se per un momento molto molto breve.
Tuttavia, il lavoro del fisico Stephen Hawking ha dimostrato che i buchi neri possono effettivamente emettere radiazioni termiche (radiazioni di Hawking) a causa della costante conversione delle fluttuazioni del vuoto quantistico vicino al buco nero in coppie di particelle e antiparticelle. La particella positiva fuoriesce, mentre l’antiparticella negativa cade, facendo perdere massa al buco nero. Nel tempo, la radiazione di Hawking riduce la massa e l’energia di rotazione dei buchi neri e potrebbe, teoricamente, far evaporare un buco nero.
Ciò, tuttavia, solleva una serie di domande. Una di queste è che, se un buco nero può evaporare, cosa succede alle informazioni che ha ingerito? Secondo la relatività generale, queste informazioni non possono sfuggire e, secondo la meccanica quantistica, non possono essere cancellate. La risposta, per alcuni fisici teorici, è che scompaiono in un wormhole e riemergono da un buco bianco.
Alcuni fisici suggeriscono che una volta che un buco nero potrebbe trasformarsi in un buco bianco quando diventa abbastanza piccolo. Questo buco bianco sarebbe minuscolo all’esterno ma l’interno conterrebbe gran parte delle informazioni ingerite dal buco nero, che poi emergerebbero nel tempo. Altri fisici hanno suggerito che l’esplosione del Big Bang potrebbe in effetti essere stata l’emergere di informazioni da un buco bianco.
Esistono buchi bianchi?
Attualmente, non ci sono prove che indichino l’esistenza di buchi bianchi nell’universo. Al momento, il buco bianco è un concetto puramente teorico.
La cosa più vicina a un potenziale avvistamento di un buco bianco nello spazio è venuta da un articolo pubblicato nel 2011. Gli scienziati hanno ipotizzato che il lampo di raggi gamma GRB 060614 potrebbe essere quanto rimane di un buco bianco.
A parte questo, tutto ciò che abbiamo visto scritto sui buchi bianchi è puramente teorico. Nonostante ciò, alcuni nella comunità scientifica sperano che, prima o poi, l’esistenza dei buchi bianchi sarà dimostrata. Dopotutto, Einstein pubblicò la sua Teoria generale della relatività nel 1915, che prevedeva l’esistenza dei buchi neri, ma il primo buco nero fu effettivamente identificato solo nel 1971.
Mentre molti scienziati vedono i buchi bianchi come un esercizio puramente matematico, altri sperano che alla fine saremo in grado di individuare questo evento astronomico marcatamente raro. Anche se potremmo non riconoscerlo. Stephen Hawking ha sottolineato che i buchi bianchi e i buchi neri potrebbero comportarsi in modo identico, rendendoli praticamente indistinguibili.
Gran parte dell’incertezza con i buchi bianchi deriva dalla nostra attuale comprensione dell’astrofisica. I buchi bianchi sono, per loro natura, ritenuti incredibilmente instabili. Non c’è modo in cui un evento cosmico che espelle molta materia possa sostenersi abbastanza a lungo da essere catturato nel telescopio di un astronomo.
Alcuni ipotizzano che quando i buchi bianchi iniziano a espellere materia, la materia espulsa entrando in collisione con qualsiasi materia in orbita, farebbe collassare il sistema in un buco nero, creando forse un ciclo infinito di buchi bianchi che si trasformano in buchi neri e viceversa.
Gravità del buco bianco
Proprio come ciò che accade al centro della singolarità di un buco nero richiede di ampliare la comprensione della gravità classica, anche i buchi bianchi potrebbero dover essere guardati attraverso una speciale lente teorica per essere dimostrati.
La cosa più vicina che ipotizza quesyo è la teoria della gravità quantistica ad anello, attualmente una teoria ai margini della fisica tradizionale.
Secondo questa teoria, lo spazio-tempo – il concetto fondamentale dell’opera di Einstein sulla relatività – è costituito da una serie di ‘loop’ al loro livello fondamentale che legano tutto insieme in una rete infinita di nodi. Questi anelli legano insieme lo spazio, inteso come blocchi, e potrebbero impedire alle stelle morenti di collassare in punti di densità infinita, invece di indietreggiare e trasformarsi in buchi bianchi.
Se l’approccio della gravità quantistica ad anello ai buchi bianchi fosse dimostrato come possibile, molte delle supernove che gli astronomi hanno osservato nel corso degli anni potrebbero rivelarsi indicatori della formazione e della morte di un buco bianco, proprio come alcune delle teorie attorno a GRB 060614.
