Osservata la radiazione di Hawking in un buco nero simulato

Stephen Hawking negli anni settanta ha predetto che tutti i buchi neri emettono in maniera spontanea una quantità limitata di radiazione, nota come radiazione di Hawking. Secondo le sue previsioni, la radiazione nasce dal nulla e la sua intensità non cambia nel tempo

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Un buco nero è ciò che resta del collasso di una stella massiccia, una regione di spazio delimitata da un orizzonte degli eventi dalla quale a causa dell’intensa forza di gravità nulla può sfuggire, nemmeno la luce.

Ma in fondo un buco nero, come ha scoperto il fisico Stephen Hawking, non è poi cosi nero, anzi, anche un buco nero emette una radiazione, la radiazione di Hawking appunto.

Stephen Hawking negli anni settanta ha predetto che tutti i buchi neri emettono, in maniera spontanea, una quantità limitata di radiazione, nota come radiazione di Hawking

Secondo le sue previsioni, la radiazione nasce dal nulla e la sua intensità non cambia nel tempo.

Di recente un gruppo di ricercatori del TechnionIsrael Institute of Technology hanno condotto uno studio per mettere alla prova le previsioni teoriche fatte da Hawking

Il team di ricercatori ha studiato se l’equivalente della radiazione di Hawking in un “buco nero artificiale” creato in laboratorio fosse stazionario come predetto.



Dentro l’orizzonte degli eventi

Una volta varcato l’orizzonte degli eventi niente e nessuno può tornare indietro, nemmeno un fotone che si muove a 300 mila Km al secondo, anche questa particella elementare resterà inevitabilmente intrappolata entro l’orizzonte.

Secondo Jeff Steinhauer, uno dei ricercatori che ha partecipato allo studio, la radiazione di Hawking viene generata poco oltre l’orizzonte degli eventi, dove la radiazione ha ancora l’energia sufficiente per sfuggire all’impressionante morsa della forza di gravità che trascina lo spaziotempo verso il centro del buco nero.

Quello che accade appena fuori dall’orizzonte degli eventi sembra inspiegabile, in quella regione di spaziotempo regna il vuoto, eppure la radiazione di Hawking viene emessa da questa zona e si muove verso lo spazio esterno e può essere rilevata dai nostri strumenti.

Il team di Steinhauer ha realizzato un buco nero artificiale utilizzando un gas composto da appena 8000 atomi di rubidio ampio appena un decimo di millimetro.

Ogni volta che i ricercatori ne hanno scattato una foto, il buco nero è andato distrutto. Per osservarne l’evoluzione nel tempo, hanno dovuto produrre una serie di buchi neri artificiali. L’esperimento che ha studiato la radiazione di Hawking è durato mesi.

La radiazione di Hawking emessa dal buco nero artificiale è composta da onde sonore. Gli atomi di rubidio si muovono più velocemente del suono, quindi le onde sonore non possono raggiungere l’orizzonte degli eventi e sfuggire al buco nero stesso.

Al di fuori dell’orizzonte degli eventi, invece, il gas scorre lentamente, quindi le onde sonore sono libere di muoversi e sfuggire al buco nero artificiale

Hawking ha previsto che la radiazione emessa dai buchi neri è spontanea. In uno dei loro studi precedenti, Steinhauer e i suoi colleghi sono stati in grado di confermare questa previsione. 

Nel loro nuovo studio, hanno cercato di scoprire se anche la radiazione emessa dal loro buco nero rimane costante nel tempo.

Radiazione di Hawking: il corpo nero

Un buco nero dovrebbe comportarsi come un corpo nero, cioè come un oggetto che ha una certa temperatura e emette una radiazione infrarossa costante, detta “radiazione del corpo nero”, Hawking ha suggerito che i buchi neri sono proprio come le stelle, cioè irradiano un certo tipo di radiazione costantemente.

La radiazione di Hawking è composta da coppie di fotoni: uno di essi emerge da un buco nero e l’altro vi cade all’interno.

Durante l’esperimento sulla radiazione di Hawking, Steinhauer e il team hanno cercato coppie di onde sonore, una che usciva dal buco nero e l’altra che vi entrava. Una volta identificate le coppie i ricercatori hanno cercato di determinare se le onde fossero correlate.

Il team ha raccolto molti dati prima di osservare le correlazioni, l’esperimento è stato ripetuto 97.000 volte per un totale di 124 giorni di misurazioni.

complessivamente i risultati sembrano confermare le affermazioni di Hawking, le radiazioni emesse dai buchi neri sono stazionarie. Ovviamente per ora questi studi sono stati effettuati su simulazioni di buchi neri, ma studi teorici potrebbero confermare se questa ricerca possa essere applicata a buchi neri reali.

Durante gli esperimenti, le emissioni sonore attorno al buco nero simulato sono diventate molto intense, poiché il buco nero ha formato un “orizzonte interno”.

Oltre all’orizzonte degli eventi, la teoria della relatività generale di Einstein prevede l’esistenza di un orizzonte interno, un raggio all’interno dei buchi neri che delinea un’ulteriore regione più vicina al centro.

All’interno di questo ulteriore orizzonte l’attrazione gravitazionale è meno intensa, gli oggetti sono in grado di muoversi liberamente e non vengono più attratti verso il centro del buco nero.

Tuttavia non possono lasciare il buco nero, poiché non possono dirigersi verso l’orizzonte degli eventi.

Altri studi hanno scoperto che quando un buco nero artificiale forma un orizzonte interno, la radiazione che emette diventa più forte. È interessante notare che questo è esattamente quello che è successo nel buco nero creato dai ricercatori di Technion

Questo studio potrebbe ispirare altri fisici a studiare l’effetto della formazione di un orizzonte interno sull’intensità della radiazione di Hawking emessa da un buco nero.

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