Non dirlo a Einstein, ma i buchi neri potrebbero avere ‘capelli’

I gemelli identici hanno niente sui buchi neri. I gemelli possono crescere dagli stessi schemi genetici, ma possono differire in mille modi, dal temperamento all’acconciatura. I buchi neri, secondo la teoria della gravità di Albert Einstein, possono avere solo tre caratteristiche: massa, spin e carica. Se questi valori sono gli stessi per due buchi neri qualsiasi, è impossibile distinguere un gemello dall’altro. I buchi neri, dicono, non hanno capelli.

“Nella relatività generale classica, sarebbero esattamente identici”, ha detto Paul Chesler, un fisico teorico all’Università di Harvard. “Non puoi dire la differenza.”

Eppure gli scienziati hanno cominciato a chiedersi se il “teorema dei capelli” sia strettamente vero. Nel 2012, un matematico di nome Stefanos Aretakis, allora all’Università di Cambridge e ora all’Università di Toronto, ha suggerito che alcuni buchi neri potrebbe avere instabilità sui loro orizzonti di eventi. Queste instabilità darebbero effettivamente ad alcune regioni dell’orizzonte di un buco nero un’attrazione gravitazionale più forte di altre. Ciò renderebbe distinguibili buchi neri altrimenti identici.

Tuttavia, le sue equazioni mostravano solo che ciò era possibile per i cosiddetti buchi neri estremi, ovvero quelli che hanno un valore massimo possibile per la loro massa, rotazione o carica. E per quanto ne sappiamo, “questi buchi neri non possono esistere, almeno esattamente, in natura”, ha detto Chesler.

Ma cosa succederebbe se avessi un buco nero quasi estremo, che si avvicina a questi valori estremi ma non li raggiunge del tutto? Un simile buco nero dovrebbe essere in grado di esistere, almeno in teoria. Potrebbe avere violazioni rilevabili del teorema senza capelli?

UN articolo pubblicato alla fine del mese scorso mostra che potrebbe. Inoltre, questi capelli potrebbero essere rilevati da osservatori di onde gravitazionali.

“Aretakis fondamentalmente ha suggerito che c’erano alcune informazioni che erano rimaste all’orizzonte”, ha detto Gaurav Khanna, un fisico presso l’Università del Massachusetts e l’Università del Rhode Island e uno dei coautori. “Il nostro documento apre la possibilità di misurare questi capelli.”

In particolare, gli scienziati suggeriscono che i resti della formazione del buco nero o di disturbi successivi, come la materia che cade nel buco nero, potrebbero creare instabilità gravitazionali sopra o vicino all’orizzonte degli eventi di un buco nero quasi estremo. “Ci aspetteremmo che il segnale gravitazionale che vedremmo sarebbe abbastanza diverso dai normali buchi neri che non sono estremi”, ha detto Khanna.

Se i buchi neri hanno i capelli, conservando così alcune informazioni sul loro passato, ciò potrebbe avere implicazioni per i famosi paradosso dell’informazione del buco nero presentato dal defunto fisico Stephen Hawking, ha detto Lia Medeiros, astrofisica presso l’Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey. Questo paradosso distilla il conflitto fondamentale tra la relatività generale e la meccanica quantistica, i due grandi pilastri della fisica del XX secolo. “Se violi uno dei presupposti [of the information paradox], potresti essere in grado di risolvere il paradosso stesso “, ha detto Medeiros. “Una delle ipotesi è il teorema senza capelli.”

Le ramificazioni di ciò potrebbero essere ampie. “Se possiamo dimostrare che l’effettivo spazio-tempo del buco nero al di fuori del buco nero è diverso da quello che ci aspettiamo, allora penso che avrà delle implicazioni davvero enormi per la relatività generale”, ha detto Medeiros, coautore un giornale in ottobre che ha esaminato se la geometria osservata dei buchi neri è coerente con le previsioni.

Forse l’aspetto più eccitante di questo ultimo articolo, tuttavia, è che potrebbe fornire un modo per unire le osservazioni dei buchi neri con la fisica fondamentale. Rilevare i capelli sui buchi neri – forse i laboratori astrofisici più estremi dell’universo – potrebbe permetterci di sondare idee come la teoria delle stringhe e la gravità quantistica in un modo che non è mai stato possibile prima.

“Uno dei grandi problemi con la teoria delle stringhe e la gravità quantistica è che è davvero difficile testare queste previsioni”, ha detto Medeiros. “Quindi, se hai qualcosa che è anche testabile a distanza, è fantastico.”

Tuttavia, ci sono grossi ostacoli. Non è certo che esistano buchi neri quasi estremi. (Le migliori simulazioni al momento tipicamente producono buchi neri che sono al 30 percento di distanza dall’essere estremi, ha detto Chesler.) E anche se lo facessero, non è chiaro se i rilevatori di onde gravitazionali sarebbero abbastanza sensibili da individuare queste instabilità dai capelli.

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