La teoria delle radiazioni di Hawking non è limitata ai buchi neri

A quanto pare, la teoria più famosa di Stephen Hawking sull’evaporazione dei buchi neri vale per tutto ciò che è dotato di massa, quindi tutto nell’universo è destinato a evaporare.

Nel 1974, Hawking propose che i buchi neri alla fine evaporassero perdendo quella che oggi è nota come radiazione di Hawking, un graduale drenaggio di energia sotto forma di particelle di luce che si formano attorno ai campi gravitazionali immensamente potenti dei buchi neri. Ora, un nuovo aggiornamento della teoria ha suggerito che la radiazione di Hawking non viene creata solo rubando energia dai buchi neri, ma da tutti gli oggetti con massa sufficiente.

Una nuova ricerca teorica di Michael Wondrak, Walter van Suijlekom e Heino Falcke della Radboud University ha dimostrato che Stephen Hawking aveva ragione sui buchi neri, anche se non completamente. A causa della radiazione di Hawking, i buchi neri alla fine evaporeranno, ma l’orizzonte degli eventi non è così cruciale come si credeva. Anche la gravità e la curvatura dello spaziotempo provocano questa radiazione. Ciò significa che tutti i grandi oggetti nell’universo, come i resti delle stelle, alla fine evaporeranno.

In un importante documento pubblicato nel 1974, Hawking predisse notoriamente che l’estrema forza gravitazionale avvertita alla bocca dei buchi neri – i loro orizzonti degli eventi – avrebbe richiamato all’esistenza i fotoni in questo modo. La gravità, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, distorce lo spazio-tempo, così che i campi quantistici diventano più deformati man mano che si avvicinano all’immensa attrazione gravitazionale della singolarità di un buco nero.

A causa dell’incertezza e della stranezza della meccanica quantistica, Hawking affermò che questa deformazione crea sacche irregolari di tempo in movimento diverso e conseguenti picchi di energia attraverso il campo. Questi disallineamenti energetici fanno apparire i fotoni nello spazio contorto attorno ai buchi neri, sottraendo energia dal campo del buco nero in modo che possano esplodere. Se alcune particelle riescono a sfuggire al buco nero, questo furto di energia portò Hawking a concludere che, su una vasta scala temporale molto più lunga dell’attuale età dell’universo, i buchi neri alla fine perderebbero tutta la loro energia e scomparirebbero completamente.

Ma se un campo gravitazionale è tutto ciò che serve per produrre fluttuazioni quantistiche e fotoni, cosa impedisce a qualsiasi oggetto con una massa deformante spazio-temporale di creare radiazioni di Hawking? La radiazione di Hawking ha bisogno delle condizioni speciali dell’orizzonte degli eventi di un buco nero o può essere prodotta ovunque nello spazio? Per sondare queste domande, gli autori del nuovo studio hanno analizzato la radiazione di Hawking attraverso la lente di un processo a lungo previsto chiamato effetto Schwinger, in cui la materia può teoricamente essere generata dalle potenti distorsioni causate da un campo elettromagnetico.

Applicando la struttura dell’effetto Schwinger alla teoria di Hawking, i fisici teorici hanno prodotto un modello matematico che riproduceva la radiazione di Hawking in spazi che sperimentavano una gamma di intensità del campo gravitazionale. Secondo la loro nuova teoria, non è necessario un orizzonte degli eventi affinché l’energia fuoriesca lentamente da un oggetto massiccio sotto forma di luce; il campo gravitazionale dell’oggetto è abbastanza buono da solo.

Spirale

In questo nuovo studio, i ricercatori della Radboud University hanno rivisitato questo processo e hanno indagato se la presenza di un orizzonte degli eventi sia davvero cruciale. Hanno combinato tecniche di fisica, astronomia e matematica per esaminare cosa succederebbe se tali coppie di particelle si creerebbero nei dintorni di buchi neri. Lo studio ha mostrato che si possono creare nuove particelle anche ben oltre questo orizzonte. “Abbiamo dimostriato che, oltre alla ben nota radiazione di Hawking, esiste anche una nuova forma di radiazione”, ha dichiarato Michael Wondrak.

Tutto evapora

“Abbiamo mostrato che ben oltre un buco nero la curvatura dello spaziotempo gioca un ruolo importante nella creazione della radiazione. Le particelle sono già separate lì dalle forze di marea del campo gravitazionale. Mentre in precedenza si pensava che nessuna radiazione fosse possibile senza l’orizzonte degli eventi, questo studio mostra che questo orizzonte non è necessario”, ha affermato Van Suijlekom.

“Ciò significa che anche gli oggetti senza un orizzonte degli eventi, come i resti di stelle morte e altri grandi oggetti nell’universo, hanno questo tipo di radiazione. E, dopo un periodo molto lungo, ciò porterebbe all’evaporazione di tutto nell’universo, proprio come i buchi neri. Questo cambia non solo la nostra comprensione della radiazione di Hawking, ma anche la nostra visione dell’universo e del suo futuro”, ha aggiunto Falcke.

Per capire se si tratta di una vera previsione del destino finale del nostro universo, i fisici dovranno individuare alcune radiazioni di Hawking prodotte attorno a oggetti gravitazionalmente densi, sia attorno a buchi neri che a pianeti, stelle o stelle di neutroni. Se tutto è destinato a scomparire in un lampo di luce fredda, dovrebbero esserci molti posti in cui guardare.

Fonte: Physical Review Letters