Come "funzionano" i buchi neri?
I buchi neri sono aree dello spazio dove la gravità è molto forte. Inoltre
Radiazione di Hawking in un normale buco neroappare quando all'orizzonte degli eventi appare una coppia di particelle virtuali, che si trasforma in una coppia particella-antiparticella. In questo caso, una particella cade oltre l'orizzonte e l'altra vola via.
Cosa aveva previsto Hawking?
Il fisico teorico Stephen Hawking ha predetto:sebbene nulla possa lasciare i buchi neri, essi stessi emettono spontaneamente una quantità limitata di luce. È noto come radiazione di Hawking. Secondo le previsioni del fisico, questa radiazione è spontanea (cioè nasce dal nulla) e stazionaria (cioè la sua intensità non cambia molto nel tempo).
La radiazione di Hawking è l'argomento principale degli scienziatiriguardante il decadimento (evaporazione) di piccoli buchi neri, che teoricamente potrebbe formarsi durante gli esperimenti al LHC—Large Hadron Collider. Questo effetto è alla base dell'idea di un reattore singolare, un dispositivo per ottenere energia da un buco nero utilizzando la radiazione di Hawking.
Autore: Maximilien Brice, CERN — Server documenti del CERN, CC BY-SA 3.0
V. Gribov in discussione con Ya.Zeldovich insisteva sul fatto che grazie al tunneling quantistico, i buchi neri dovrebbero emettere particelle. Anche prima della pubblicazione del suo lavoro, Hawking visitò Mosca nel 1973, dove incontrò gli scienziati sovietici Yakov Zeldovich e Alexei Starobinsky. Dimostrarono a Hawking che, secondo il principio di indeterminazione della meccanica quantistica, i buchi neri rotanti dovrebbero generare ed emettere particelle.
Secondo le previsioni di Hawking, la radiazione del neroil buco è spontaneo. Nel loro nuovo studio, gli scienziati hanno cercato di scoprire se anche la radiazione emessa dal loro buco nero è stazionaria (cioè se rimane costante nel tempo).
Cosa hanno scoperto gli scienziati?
I ricercatori di Israel TechIl Technion Institute ha recentemente condotto una ricerca volta a testare le previsioni teoriche di Hawking. In particolare, hanno studiato se l'equivalente della radiazione di Hawking in un "buco nero artificiale" creato in condizioni di laboratorio fosse stazionario.
Se entri nell'orizzonte degli eventi, non lo faraipuoi uscire di qui anche se c'è luce. La radiazione di Hawking inizia appena oltre l’orizzonte degli eventi, dove la luce riesce a malapena a sfuggire. È davvero strano perché lì non c'è niente; questo è uno spazio vuoto. Ma questa radiazione parte dal nulla, esce e va sulla Terra.
Jeff Steinhauer, uno dei ricercatori in un'intervista con ScienceX
In che modo gli scienziati hanno creato un buco nero artificiale?
Buco nero artificiale creato dagli israelianiscienziati, aveva una lunghezza di circa 0,1 mm ed era costituito da un gas costituito da 8.000 atomi di rubidio. Questo è un numero relativamente piccolo di atomi. Ogni volta che i ricercatori lo hanno fotografato, il buco nero è collassato. Quindi, per poter osservare la sua evoluzione nel tempo, hanno dovuto creare un buco nero, fotografarlo e poi crearne un altro. Questo processo è stato ripetuto molte volte nel corso dei mesi.
Un buco nero analogico creato dai ricercatori. Credito: Kolobov et al.
Radiazione di Hawking emessa da questo analogobuco nero, è costituito da onde sonore, non luce. Gli atomi di rubidio si muovono più velocemente della velocità del suono, quindi le onde sonore non possono raggiungere l'orizzonte degli eventi e sfuggire al buco nero. Tuttavia, al di fuori dell'orizzonte degli eventi, il gas scorre lentamente, quindi le onde sonore possono muoversi liberamente.
Il rubidio scorre veloce, più veloce della velocità del suono equesto significa che il suono non può andare controcorrente. Diciamo che una persona sta cercando di nuotare controcorrente. Se questa corrente si muove più velocemente di quanto lui sia in grado di nuotare, allora è semplicemente impossibile andare avanti. Il nuotatore viene costantemente respinto: il flusso si muove troppo velocemente e nella direzione opposta. Di conseguenza, una persona rimane bloccata in un posto. Ecco cosa si prova a rimanere bloccati in un buco nero e cercare di raggiungere l'orizzonte degli eventi dall'interno.
La radiazione di Hawking è costituita da coppie di fotoni (cioèparticelle di luce): una esce dal buco nero e l'altra vi ricade. Nel tentativo di identificare la radiazione di Hawking emessa da un buco nero analogico, gli scienziati hanno cercato coppie simili di onde sonore, una che esce dal buco nero e l'altra che si muove al suo interno. Una volta identificate queste coppie di onde sonore, i ricercatori hanno cercato di determinare se esistessero correlazioni tra loro. I fisici hanno ripetuto il loro esperimento 97.000 volte, ovvero 124 giorni di misurazioni continue. Di conseguenza, i ricercatori hanno scoperto che una coppia di onde sonore appare nell'analogo del buco nero e hanno anche confermato la correlazione tra loro.
Nel complesso, i risultati sembrano confermarlola radiazione emessa dai buchi neri è stazionaria, come aveva previsto Hawking. Sebbene questi risultati siano principalmente correlati al buco nero analogico che hanno creato, studi teorici possono aiutare a confermare se possono essere applicati a buchi neri reali.
Qual è la linea di fondo?
Lo studio degli scienziati solleva domande importanti.Il fatto è che sono stati in grado di osservare l'intera vita di un buco nero analogico e vedere come è iniziata la radiazione di Hawking. La ricerca futura potrebbe provare a confrontare i risultati del lavoro con le previsioni su cosa accadrebbe in un vero buco nero. In questo modo, gli scienziati saranno in grado di vedere se la “vera” radiazione di Hawking inizia da zero e poi aumenta, come hanno osservato i fisici durante l’esperimento.
Un vero buco nero ha due orizzonti:l'esterno è l'orizzonte degli eventi (più precisamente, l'orizzonte della visibilità) e l'interno è l'orizzonte di Cauchy. Tra i due orizzonti c'è una regione T, dove il movimento di qualsiasi oggetto è possibile solo in una direzione: la luce, la particella o la persona si muoveranno solo verso l'interno. Le forze di marea aumenteranno man mano che ti muovi in quest'area verso l'orizzonte di Cauchy interno. Sorprendentemente, sotto di esso, il movimento dell'oggetto verso il centro rallenta drasticamente (in un certo senso, nelle coordinate che accompagnano l'oggetto stesso).
Dopo essersi fermati presso la struttura assistentecoordinate, inizia a spingere verso l'esterno - in un altro universo (la topologia per i buchi neri reali non è banale, c'è una connessione tra universi diversi e l'oggetto deve essere spinto fuori in un altro universo). Al punto di arresto (chiamato anche punto di svolta, punto gola), ci sono forze di marea massime per un dato buco nero, un dato oggetto e le condizioni iniziali per la caduta di questo oggetto (in altre condizioni, questo massimo sarà diverso , ma sempre finito).
Nell'area all'interno dell'orizzonte internol'attrazione gravitazionale è molto più bassa, quindi gli oggetti possono muoversi liberamente e non sono più attratti dal centro del buco nero. Tuttavia, non possono ancora lasciare il buco nero perché non possono passare attraverso l'orizzonte interno nella direzione opposta (cioè dirigersi verso l'orizzonte degli eventi).
Essenzialmente, l'orizzonte degli eventi è la sfera esterna.buco nero, e al suo interno c'è una piccola sfera chiamata orizzonte interno. Se una persona cade oltre l'orizzonte interno, sarà comunque bloccata in un buco nero. Ma almeno non sentirà la fisica impensabile di esserci dentro. La persona si troverà in un ambiente più “normale”, poiché la forza di gravità sarà minore e non sarà più possibile sentirla.
Alcuni fisici l'hanno previsto quandoil buco nero analogico 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 analogico creato dai ricercatori di Technion. Pertanto, questo studio potrebbe ispirare altri fisici a studiare l'effetto della formazione dell'orizzonte interno sull'intensità della radiazione di Hawking.
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