Dicembre 9, 2022

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Quello che Stephen Hawking non sapeva sui buchi neri

Caro Stefano,

La cosa meno sorprendente di queste righe è sapere che la tua memoria è ancora intatta, sia nella comunità scientifica che nella società. Ma siamo sicuri che, nonostante tu sia stato un ottimista impenitente fino all’ultimo giorno della tua vita, non crederai a tutto ciò che abbiamo appreso sulle tue creature preferite, i buchi neri, dal famigerato 14 marzo 2018 tu lasciaci.

Finora i buchi neri sono stati rilevati osservando le onde gravitazionali e le masse (in blu). Stelle di neutroni (arancione) mediante osservazioni di onde gravitazionali. Buchi neri rilevati da osservazioni elettromagnetiche (rosa) e stelle di neutroni rilevate da osservazioni elettromagnetiche (giallo)
LIGO-Virgo-KAGRA / Aaron Geller / Northwestern, CC BY

Sei venuto a goderti il ​​traguardo, La prima rivelazione delle onde gravitazionaliEd ero entusiasta di scoprire che si trattava della fusione di due buchi neri a oltre un miliardo di anni luce di distanza.

Siamo sicuri che hai avuto in mente quell’ultimo momento in cui due giganti, composti da 29 e 36 masse solari nei loro corpi modesti di poco più di 100 chilometri, sciolto selvaggiamente In venti millisecondi, il tessuto dello spazio-tempo vibra 50 volte più forte della luce che riempie l’intero universo visibile.

E se fossero stelle di bosoni?

La storia delle scoperte delle onde gravitazionali ha seguito il suo corso previsto e oggi siamo circa un centinaio. Questo non ti sorprenderà, ma che dire di quelli che abbiamo notato il 21 maggio 2019? La fusione non è avvenuta più a 17 miliardi di anni luce di distanza, ma piuttosto quello Le masse dei buchi neri erano 66 e 85 soli.

si lo sappiamo Penserai che ci sia un errore nei numeri. Sai meglio di chiunque altro che la morte di una stella con più di 65 masse solari non dovrebbe provocare un buco nero. Presumibilmente, subirà un collasso parziale prima che il suo tempo scada, provocando una violenta esplosione. Non sappiamo se c’è qualcosa di sbagliato in queste argomentazioni, o se questi buchi neri sono il risultato di fusioni passate o se ti prepari, non sono buchi neri ma stelle di bosoni.

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Ora, ora… sappiamo già che dirai che non esistono, ma forse dovresti iniziare ad abituarti all’idea che ciò che non esisteva mentre eri vivo lo stiamo vedendo ora per la prima volta . L’ultima parola è sempre la natura.

L’anello di luce in orbita attorno a M87

Saresti sconvolto, certo, di fronte a quello che ha ottenuto In collaborazione con l’Event Horizon Telescope Poche settimane prima di quel 21 maggio. Sai meglio di chiunque altro che gli astronomi hanno studiato per molti anni come la gravità influenzi il percorso dei raggi di luce. Per fare questo, usano immagini di stelle lontane, i cui raggi passano accidentalmente oggetti molto massicci (la famosa lente gravitazionale). Ma fino al 2019 nessuno era riuscito ad esplorare questo fenomeno nel sistema gravitazionale più estremo: vicino ai buchi neri granulari.

Ad aprile 2019, Abbiamo visto per la prima volta un’immagine creata da raggi di luce in orbita vicino all’orizzonte degli eventi di un buco nero (In particolare, la persona che vive nel cuore della galassia M87). Come vorresti vedere quella preziosa immagine! È un anello di luce, composto principalmente da fotoni che, dopo aver rotto le loro orbite precarie vicino al buco nero, sono fuggiti dal pozzo gravitazionale profondo e hanno iniziato il suo viaggio di quasi 55 milioni di anni verso la Terra.

L’inimmaginabile era possibile: l’imaging dei buchi neri

Ma la storia non finisce qui. Nel 2022, la stessa squadra di astronomi ha pubblicato un’immagine del Sagittario A*, Il buco nero che vive nel cuore della nostra galassia.

Questi risultati sono stati i primi di una serie di osservazioni con un obiettivo molto ambizioso. Inoltre Metti alla prova la relatività generaleIntendono utilizzare le loro immagini per apprendere in dettaglio i meccanismi attraverso i quali alcuni buchi neri supermassicci (quasar e blazar) possono produrre quei massicci getti di materia e radiazione che li caratterizzano, che possono raggiungere dimensioni molto più grandi di quelle delle loro galassie ospiti. .

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Una potenziale fonte di energia per questi getti potrebbe provenire dalla rotazione del buco nero, che attira lo spazio circostante e forza le linee del campo magnetico attorno ad esso, producendo un insolito flusso elettromagnetico ai poli. poi, L’orizzonte degli eventi, che è perforato dalle linee del campo magnetico, può svolgere un ruolo essenziale nel processo di produzione dei piani relativisticiAnche le immagini polarizzanti pubblicate dall’Event Horizon Telescope sembrano indicarlo.

Immagine del buco nero supermassiccio di M87 in luce polarizzata.
Immagine del buco nero supermassiccio di M87 in luce polarizzata.
EHT Collaborazione, CC BY

A questo punto capirete perché sentiamo il bisogno di scrivervi e di interrompere il vostro conforto. C’è così tanto da dirti!

Le carote si formano all’interno

Che cosa è successo al paradosso dell’informazione che hai scoperto così brillantemente che ha causato così tante notti insonni? Era vera rivoluzione! Ricorderai sicuramente il lavoro in cui il tuo ex studente, Don Page, ha mostrato che l’entanglement quantistico della radiazione emessa da un buco nero e le particelle virtuali intrappolate al suo interno, la loro entropia, devono seguire una curva spietata: parte da zero quando c’è ancora nessuna radiazione emessa e finisce fino a diventare zero quando il buco nero è già evaporato. Pertanto, dovrebbe prima aumentare e poi diminuire. Se ciò non viene raggiunto, le informazioni sul materiale che ha dato origine al buco nero o vi è caduto per il resto della sua vita andranno inesorabilmente perse.

Pochi mesi dopo la tua morte, i lavori hanno cominciato ad emergere, dopo aver indagato l’interno dei buchi neri a livello teorico, sono arrivato a qualcosa di semplicemente straordinario: Con l’invecchiamento, i buchi neri sviluppano isole dell’universo esterno nelle loro viscere. Ci credereste se vi dicessimo che due opere dimostrano che, in parallelo, vedere la luce nello stesso giorno? Sì, esatto, il 21 maggio 2019! Quel giorno, ci siamo sentiti doppiamente allarmati: la scoperta di buchi neri di masse inaspettate e la scoperta che nel cuore di queste stelle, ai cui confini pensavamo fossero morti il ​​tempo e lo spazio, che quando hanno attraversato la seconda metà della loro lunga vita , sono rimaste gravide di spazio e tempo perché un giorno riporta ciò che era stato preso . Hai immaginato molte possibili soluzioni al paradosso dell’informazione, ma non l’hai mai immaginato davvero come un matto.

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Ci stiamo salutando, ma non perché siamo senza notizie. Quante cose sono successe in soli quattro anni!

Non ti diremo cosa Roger Penrose ha vinto il Premio Nobel per la FisicaPerché la gioia può avere per te un sapore agrodolce.

Diciamo addio dicendovi che alcune onde gravitazionali rilevate lo indicano potenziale inquietante: È possibile che molti dei buchi neri risultanti dalle fusioni osservate siano stati espulsi così rapidamente da lasciare le loro galassie per sempre. Questi viaggiatori, che attraversano l’immensità dell’universo con un universo nel loro grembo, ci riempiono di malinconia; Ci ricordano te.

Giuseppe Edelstein Università di Santiago di Compostela

Ivan Marti Vidal Università di Valenzano

Questo articolo è stato facilitato da Conversazione

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