Una nuova conferma della teoria della relatività: l’orizzonte degli eventi esiste veramente

"Il nostro lavoro implica che alcuni, e forse tutti, i buchi neri hanno orizzonti di eventi e che il materiale scompare davvero dall'universo osservabile quando viene attirato in questi oggetti esotici, come ritenevamo da decenni. La relatività generale ha superato un altro test critico".

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potrebbero esistere oggetti supermassicci non collassati in una singolarità e privi di orizzonte degli eventi?
Una nuova ricerca conferma l'esistenza dell'orizzonte degli eventi, dando ancora una volta ragione alla relatività generale di Einstein

Potrebbero esserci oggetti supermassicci, diversi dai buchi neri, ancora sconosciuti, nascosti nel cuore delle galassie?

Un oggetto così strano da essere riuscito ad evitare il collasso gravitazionale che avrebbe formato una singolarità, l’oggetto più piccolo dell’universo in uno spazio infinito sulla scala di Planck?

Un oggetto dove densità e gravità diventano infinite e lo spazio-tempo si curva all’infinito, e dove le leggi della fisica come le conosciamo cessano di funzionare?

Nel 2017, gli astronomi dell’Università del Texas ad Austin e dell’Università di Harvard misero alla prova il principio alla base dei buchi neri, entità cosmiche di così grande gravità che nulla può sfuggire alla loro presa, circondati da un cosiddetto orizzonte degli eventi, mostrando che la materia svanisce completamente quando vi entra dentro. I loro risultati costituiscono un altro test riuscito che conferma la teoria della relatività generale di Albert Einstein.

Sebbene ampiamente accettata, l’esistenza di un orizzonte degli eventi in cui la velocità di fuga di un oggetto dovrebbe superare la velocità della luce per uscirne, non è stata dimostrata.

Esiste l’orizzonte degli eventi?

Il nostro scopo è trasformare l’idea dell’orizzonte degli eventi in scienza sperimentale e scoprire se gli orizzonti degli eventi esistono davvero o meno“, ha affermato Pawan Kumar, professore di astrofisica presso l’Università del Texas di Austin.

L’orizzonte degli eventi è un confine oltre il quale non possiamo vedere, che nasconde la singolarità al centro del buco nero infrangendo le leggi della fisica note. La congettura alla base di questa idea afferma che tutte le singolarità sono nascoste da un orizzonte degli eventi e questo fallimento delle leggi della fisica non è osservabile.

Mentre una singolarità non ha alcuna superficie, il team suggerisce che “un oggetto non collassato avrebbe una superficie molto solida. Per cui il materiale che vi si avvicina – una stella, per esempio – non cadrà in un buco nero, ma colpirà questa dura superficie finendo distrutto”.

KumarWenbin Lu, un astrofisico teorico attualmente al Caltech, e Ramesh Narayan, un teorico del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, hanno sviluppato un test per determinare se questa idea è validabile. “Il nostro scopo non è tanto quello di stabilire che esiste una superficie dura“, ha detto Kumar, “ma di spingere il confine della conoscenza e trovare prove concrete che in realtà, c’è un orizzonte degli eventi attorno ai buchi neri“.

Il team ha ipotizzato cosa vedrebbe un telescopio osservando una stella che colpisse la dura superficie di un oggetto supermassiccio al centro di una galassia vicina: il gas prodotto dalla distruzione della stella avvolgerebbe l’oggetto, splendendo per mesi, forse persino anni.

La ricerca degli oggetti con superficie dura

Abbiamo stimato la percentuale di stelle che cadono nei buchi neri supermassicci“, ha spiegato Lu. “Quasi ogni galassia ne ha uno. Abbiamo considerato solo quelli più massicci, che pesano circa 100 milioni di masse solari o più. Ce ne sono circa un milione in pochi miliardi di anni luce dalla Terra“.

Per individuare questi oggetti, gli scienziati hanno analizzato l’archivio delle osservazioni effettuate dal telescopio Pan-STARRS, un telescopio di 1,8 metri sito alle Hawaii, che ha recentemente completato un progetto che mirava a mappare metà del cielo dell’emisfero settentrionale.

Il telescopio ha scansionato ripetutamente l’area per un periodo di 3,5 anni, alla ricerca di “transitori“, cioè quegli oggetti che si illuminano per un po’ e poi svaniscono. Il loro obiettivo era quello di trovare i transitori con la tipologia di firma attesa per una stella caduta su un oggetto supermassiccio dopo averne colpito la superficie solida.

Dato il tasso di stelle che cadono sui buchi neri e la densità numerica dei buchi neri nell’universo vicino, abbiamo calcolato quanti di questi transitori avrebbe dovuto riloevare il Pan-STARRS in un periodo di osservazione di 3,5 anni. Abbiamo calcolato che avrebbe dovuto rilevarne più di 10, se questa teoria sugli oggetti supermassicci ultradensi dalla superficie dura fosse vera ”, ha detto Lu.

Ma non è stato ancora rilevato alcun oggetto del genere.

Convalidato l’orizzonte degli eventi (per ora)

Il nostro lavoro implica che alcuni, e forse tutti, i buchi neri hanno orizzonti di eventi e che il materiale scompare davvero dall’universo osservabile quando viene attirato in questi oggetti esotici, come ritenevamo da decenni“, ha detto Narayan. “La relatività generale ha superato un altro test critico“.

Ora il team propone di migliorare il test utilizzando un telescopio ancora più grande: il nuovo telescopio LSST con grandi sinottiche da 8,4 metri attualmente in costruzione in Cile. Come il Pan-STARRS, l’LSST effettuerà rilievi del cielo ripetuti nel tempo, tentando di individuare i transitori, ma con una sensibilità molto maggiore.

Questa ricerca è stata pubblicata sulla rivista Monthly of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Università del Texas di Austin