Sulla Terra è stato creato un nuovo tipo di stella: come "finge" di essere un buco nero e riconcilia la fisica

Sebbene l'oggetto misterioso di un nuovo tipo sia, per ora, un'ipotetica costruzione matematica, nuove simulazioni,

condotto dai ricercatori della John UniversityHopkins suggerisce che potrebbero esserci altri corpi celesti nello spazio, nascosti anche ai migliori telescopi sulla Terra. L'oggetto sembra proprio un buco nero, ma emette luce.

Come è iniziato tutto?

Non ci sarebbe nuova ricerca senza gravitazionaleonde. Questi sono cambiamenti nel campo gravitazionale che si propagano come onde. Sono irradiati da masse in movimento, ma dopo la radiazione si staccano da esse ed esistono indipendentemente da queste masse. Matematicamente correlato alla perturbazione della metrica dello spaziotempo e può essere descritto come "increspature dello spaziotempo". In altre parole, si tratta di fluttuazioni spazio-temporali che si allontanano da oggetti massicci che si muovono con accelerazione. Maggiore è l'accelerazione e la massa dell'oggetto, maggiore è l'oscillazione.

Per la prima volta ha parlato di onde gravitazionalieminente fisico Albert Einstein, che un secolo fa predisse la loro esistenza nel quadro della teoria della relatività generale (GR). Tuttavia, sono stati scoperti solo nel 2015 e ha scioccato il mondo dell'astrofisica perché ha confermato l'esistenza dei buchi neri.

Concetto di buco nero. Foto: Alain

Un buco nero è una regione dello spazio-tempoavendo un'attrazione gravitazionale così forte che nessuna particella o radiazione elettromagnetica può lasciarlo. Il confine di questa regione è chiamato orizzonte degli eventi. Nella primavera del 2019, i media di tutto il mondo hanno mostrato la prima fotografia di un buco nero (più precisamente, la sua "silhouette"). La conferenza stampa, in cui sono stati presentati i risultati della scoperta scientifica, si è tenuta in sei città contemporaneamente: da Washington a Bruxelles e Tokyo.

Cosa succede se…?

Ispirato da queste scoperte, un team di scienziatiLa Johns Hopkins University ha deciso di esplorare la possibilità di altri oggetti che potrebbero, in teoria, produrre effetti gravitazionali simili, ma i sensori sulla Terra li leggono come buchi neri. Tali oggetti della fisica sono chiamati solitoni topologici. Le nuove simulazioni ritraggono realisticamente uno di loro. Da lontano sembra una fotografia sfocata di un buco nero, ma da vicino sembra molto diverso.

Cos'è un solitone?

In questa fase, l'oggetto è ipotetico.Ma il fatto che il team lo abbia costruito usando equazioni matematiche e abbia mostrato come appare usando simulazioni suggerisce che potrebbero esserci altri tipi di corpi celesti nello spazio, nascosti anche ai migliori telescopi sulla Terra.

Secondo i dati ottenuti, il topologicoil solitone distorce lo spazio proprio come un buco nero, ma si comporta diversamente. Emette deboli fasci di luce che non possono sfuggire alla forte forza gravitazionale di un vero buco.

Videoclip che mostra gli effetti del lensing gravitazionale causato dall'assenza di un oggetto nella linea di vista dell'osservatore, un buco nero e un solitone topologico.
Credito: Pierre Heidmann / Johns Hopkins University

“La luce è molto curva, ma invece diassorbito, come in un buco nero, si dissipa in movimenti bizzarri fino a che a un certo punto vi ritorna in modo caotico. Non vedi il punto oscuro. Tutto ciò che vedi è una "sfocatura", il che significa che la luce ruota selvaggiamente attorno a questo strano oggetto", scrivono gli autori dello studio.

Il campo gravitazionale di un buco nero èforte, quella luce può girare intorno ad esso a una certa distanza dal centro, proprio come la Terra può girare intorno al sole. Definisce il bordo dell '"ombra" del buco nero, in modo che qualsiasi luce incidente si trovi nell'"orizzonte degli eventi" e non possa sfuggire.

Che cosa hanno fatto gli scienziati?

I fisici di Hopkins ne hanno modellati diversiscenari che utilizzano immagini dello spazio esterno, come se fossero riprese da una macchina fotografica, ponendo un buco nero e un solitone topologico davanti all'obiettivo. Di conseguenza, hanno ricevuto immagini distorte a causa dell'influenza gravitazionale di corpi massicci.

I solitoni sono i migliori modelli di comesembrano nuovi oggetti di gravità quantistica rispetto ai buchi neri. In precedenza, hanno creato modelli di stelle bosoniche, stelle gravi e altri oggetti ipotetici che potrebbero avere effetti gravitazionali simili con forme esotiche di materia.

Concetto di buco nero: Creazilla

“Questa è la prima simulazione astrofisicamente significativaoggetti della teoria delle stringhe, poiché possiamo caratterizzare le differenze tra un solitone topologico e un buco nero come se l'osservatore le vedesse nel cielo”, spiegano gli autori dello studio.

E la teoria delle stringhe?

Gli autori del nuovo studio hanno utilizzato vari risultati della teoria delle stringhe e nel 2021 hanno scoperto modi per costruire solitoni topologici utilizzando la teoria della relatività generale di Einstein.

La teoria delle stringhe è una branca della fisica teorica,studiare la dinamica dell'interazione degli oggetti non come particelle puntiformi, ma come oggetti estesi unidimensionali, le cosiddette stringhe quantistiche. Questa teoria è uno dei tentativi di combinare la teoria della relatività generale e la fisica quantistica.

La gravità e il mondo quantistico sono storicamente consideratiprocessi opposti e diversi. Ma, secondo i ricercatori, questo non è del tutto vero. gli scienziati hanno cercato di creare una "teoria del tutto" - per combinare la relatività e il mondo quantistico. Nel processo, i fisici hanno creato molte teorie molto insolite, una di queste è la teoria delle stringhe.

Perché il nuovo studio è così importante?

La particolarità del nuovo studio è proprio questa:spiega le teorie di base della struttura interna dell'universo, che non sono presenti in altri modelli. Utilizza la teoria delle stringhe, che riconcilia la meccanica quantistica e la teoria della gravità di Einstein.

“Questo è l'inizio di una ricerca straordinariaprogrammi. Speriamo che in futuro saremo effettivamente in grado di proporre nuovi tipi di stelle ultracompatte composte da nuovi tipi di materia dalla gravità quantistica».

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Foto di copertina: Yukterez