Gli echi dei buchi neri contraddicono la relatività?


Dai dati di Ligo sulle onde gravitazionali potrebbero emergere nuovi indizi che contraddicono la teoria della relatività, almeno in prossimità dei buchi neri.


L’abbiamo salutata come la conferma della teoria della relatività generale, ma la scoperta delle onde gravitazionali, avvenuta quasi un anno fa, potrebbe ora sorprendentemente svelare nuovi indizi che vanno nella direzione diametralmente opposta. In particolare, l’analisi dei dati provenienti dal confine dei buchi neri potrebbe mostrare che dei limiti inaspettati della teoria di Albert Einstein.

Un’équipe di esperti ha infatti analizzato i dati diffusi dall’osservatorio statunitense Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) – quello responsabile della prima rivelazione delle onde gravitazionali –, sostenendo, per l’appunto, di aver trovato degli echi primordiali di onde gravitazionali che sembrerebbero contraddire le previsioni della teoria della relatività. Questi echi potrebbero “scomparire” con l’arrivo di altri dati, ma se invece dovessero essere confermati, si tratterebbe di una scoperta straordinaria: gli echi, infatti, indicherebbero la possibilità che la relatività fallisce ai bordi di un buco nero, lontano dal suo nucleo.

“Le nuove rilevazioni di Ligo offrono un’interessante opportunità per indagare su un nuovo regime fisico”, spiega Steve Giddings, ricercatore dell’Università della California.

Secondo la teoria della relatività, tutta la materia che transita nei pressi del bordo di un buco nero (noto anche come orizzonte degli eventi), sarà catturata dal buco nero stesso, verso il suo nucleo, senza alcuna possibilità di fuga.

“I buchi neri sono una sorta di pozzi senza fondo”, dice il cosmologo Niayesh Afshordi, dell’Università di Waterloo, in Canada. Le dinamiche che regolano il comportamento della materia sull’orizzonte degli eventi, però, non sono mai state verificate sperimentamente con certezza: un’altra teoria, formulata nel 2012 da un’équipe di fisici californiani, ha previsto per esempio, basandosi sulle previsioni delle leggi della fisica quantistica, che l’orizzonte degli eventi sarebbe in realtà una sorta di firewall, ovvero un anello di particelle ad alta energia che brucia ogni sostanza che vi passa attraverso. Una visione che contraddice quanto previsto dalla relatività genreale. Diverse teorie ancora più esotiche, inoltre, prevedono ancora altre strutture dell’orizzonte, ipotizzando che per esempio che i buchi neri siano in realtà fuzzball, ovvero fili di energia aggrovigliati con un aspetto irregolare.

Le cose sono cambiate nel mese di febbraio, quando Ligo ha annunciato la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali, generate dalla collisione di due buchi neri avvenuta a 1,3 miliardi di anni luce di distanza dalla Terra. Poco dopo, un team di fisici guidato da Vítor Cardoso del Superior Technical Institute di Lisbona aveva proposto che se ci fossero state strane deviazioni dalla relatività generale, come per esempio la presenza di un firewall, questa collisione avrebbe rilasciato una serie di echi dopo l’iniziale scoppio delle onde gravitazionali. Tali echi dovrebbero sorgere perché un firewall (o qualsiasi altro tipo di struttura anomala) creerebbe una regione al di fuori del tradizionale orizzonte degli eventi, il cui bordo esterno sarebbe in qualche modo poroso e costituirebbe una sorta di trappola per le onde gravitazionali, che rimbalzandovi avanti e indietro darebbero origine, per l’appunto, a questi fantomatici echi.

Il team di Afshordi ha così ideato un semplice modello in cui il buco nero è circondato da pareti a specchio, piuttosto che dagli orizzonti degli eventi convenzionali, applicando le proprietà di ciascuna delle tre fusioni buchi neri finora catturate da Ligo. Modello che effettivamente pare essere in buon accordo con quanto osservato dall’interferometro. Ma per essere sicuri della effettiva esistenza (e provenienza) di tali segnali, gli esperti dovranno aspettare future collisioni di altri buchi neri. “La cosa buona è che arriveranno nuovi dati di Ligo, ancora più precisi, che ci dovrebbero consentire di confermare o escludere la nostra ipotesi entro i prossimi due anni”. Per ora, infatti, il modello a specchio utilizzato da Afshordi è troppo semplice per poter dire se siano stati proprio gli ipotetici firewall o altre strutture a generare tali echi. “Anche se questo studio offre suggerimenti di una possibile divergenza dalla relatività generale, per ora siamo ancora nel campo delle ipotesi”, spiega Giddings. “E, soprattutto, ancora non abbiamo una buona descrizione fisica di un firewall o fuzzball.

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