Un nuovo studio ha indicato che i buchi neri potrebbero non essere le entità senza caratteristiche e senza struttura che la teoria generale della relatività di Einstein prevede che siano. Invece, i mostri cosmici potrebbero essere particolari oggetti quantistici noti come “stelle congelate“.
La vera natura dei buchi neri
Sebbene questi condividano alcune somiglianze con i buchi neri, gli ipotetici corpi celesti differiscono in modi cruciali che potrebbero potenzialmente risolvere il famigerato paradosso della radiazione di Hawking, chiamato così in onore del defunto fisico Stephen Hawking, che propose il fenomeno.
Questo paradosso è nato perché la radiazione teorica emessa dall’orizzonte degli eventi di un buco nero apparentemente non trasporta alcuna informazione sulla materia che ha formato il buco nero, il che contraddice un principio fondamentale della meccanica quantistica che afferma che le informazioni non possono essere distrutte.
Inoltre, a differenza dei buchi neri convenzionali, non ci si aspetta che le stelle congelate ospitino una singolarità, un punto di densità infinita al loro centro, il che risolve un’altra contraddizione tra l’immagine classica dei buchi neri e la regola generale della fisica secondo cui gli infiniti non possono esistere in natura. Quando gli infiniti compaiono in una teoria, di solito segnalano i limiti della teoria.
Lo studio
“Le stelle congelate sono un tipo di imitatori di buchi neri: oggetti astrofisici ultracompatti, privi di singolarità, privi di orizzonte, ma che tuttavia possono imitare tutte le proprietà osservabili dei buchi neri“, ha dichiarato Ramy Brustein, Professore di fisica alla Ben-Gurion University in Israele: “Se esistessero davvero, indicherebbero la necessità di modificare in modo significativo e fondamentale la teoria della relatività generale di Einstein”.
Brustein è l’autore principale di uno studio che descrive la teoria delle stelle congelate, pubblicato a luglio sulla rivista Physical Review D.
Il modello classico di buco nero, descritto per la prima volta da Karl Schwarzschild nel 1916, ha descritto i buchi neri come dotati di due caratteristiche fondamentali: una singolarità in cui tutta la massa è concentrata e un orizzonte degli eventi, un confine da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire.
Questo modello però incontra un serio problema quando viene introdotta la meccanica quantistica. Negli anni ’70, Stephen Hawking ha scoperto che gli effetti quantistici vicino all’orizzonte degli eventi avrebbero dovuto portare alla creazione di particelle dal vuoto dello spazio, un processo noto come radiazione di Hawking. Questa radiazione avrebbe causato la perdita graduale di massa del buco nero e alla fine l’evaporazione completa.
Il paradosso nasce perché questa radiazione sembra non trasportare alcuna informazione sulla materia che originariamente ha formato il buco nero. Se il buco nero evapora completamente, questa informazione sembra essere persa per sempre, violando i principi della meccanica quantistica, che stabiliscono che l’informazione deve essere conservata. Questa contraddizione è nota come paradosso della perdita di informazione, ed è stata una delle sfide più significative nella fisica teorica.
Nel loro nuovo studio, Brustein e i suoi coautori AJM Medved della Rhodes University e Tamar Simhon della Ben-Gurion University hanno eseguito un’analisi teorica dettagliata del modello delle stelle congelate e hanno scoperto che risolve i paradossi del modello tradizionale perché manca sia di un orizzonte che di una singolarità.
Gli autori hanno scoperto che se i buchi neri sono in realtà oggetti molto compatti composti da materia ultrarigida, le cui proprietà sono ispirate alla teoria delle stringhe (la principale candidata per la teoria della gravità quantistica), essi non collassano in punti infinitamente densi e hanno una dimensione leggermente più grande dell’orizzonte degli eventi convenzionale, impedendo a quest’ultimo di formarsi.
“Abbiamo dimostrato come le stelle congelate si comportino come assorbitori (quasi) perfetti, sebbene privi di orizzonte, e agiscano come una fonte di onde gravitazionali”, ha affermato Brustein, notando che questi oggetti possono assorbire quasi tutto ciò che cade su di loro, proprio come i buchi neri: “Inoltre, hanno la stessa geometria esterna di un modello convenzionale di buchi neri e riproducono le loro proprietà termodinamiche convenzionali”.
Sebbene il modello della stella congelata rappresenti una potenziale soluzione ai paradossi associati ai buchi neri tradizionali, gli scienziati devono ancora testarlo sperimentalmente.
A differenza dei buchi neri convenzionali, ci si aspetta che le stelle congelate abbiano una struttura interna, sebbene con proprietà bizzarre dettate dalla gravità quantistica. Questo apre la strada alla discriminazione osservativa tra i due. La prova potrebbe essere presente nelle onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio-tempo, generate durante le fusioni dei buchi neri.
“È in questo momento che le distinzioni sarebbero più marcate”, ha spiegato Brustein.
Conclusioni
Il team deve ancora elaborare esattamente come apparirebbe la struttura interna di una stella congelata e come differirebbe da altri oggetti cosmici estremi come le stelle di neutroni, ma è fattibile, ha detto Brustein. Da lì, potrebbero analizzare i dati degli osservatori di onde gravitazionali esistenti e futuri, perché le onde gravitazionali emesse durante le fusioni sono estremamente potenti e possono trasportare informazioni sulla struttura di questi oggetti ultracompatti.
“La scoperta di una qualsiasi delle previsioni del modello della stella congelata avrebbe un impatto rivoluzionario“, ha concluso Brustein.
