La singolarità nuda

Da quando sono stati scoperti per la prima volta i buchi neri, i ricercatori si sono chiesti se sia possibile che una singolarità esista senza un orizzonte degli eventi, una  singolarità "nuda"

Un buco nero è una regione dello spaziotempo di densità infinita, che racchiude una singolarità. Secondo la fisica tradizionale, un buco nero è circondato da un orizzonte degli eventi, un confine dal quale nemmeno la luce può fuggire.

Ma cosa succede se un buco nero ci appare “nudo”, cioè privo del suo orizzonte degli eventi? Per quanto ne sappiamo, una singolarità è sempre racchiusa in un orizzonti degli eventi, anche se uno sguardo più attento alla matematica della relatività generale suggerisce che non deve essere necessariamente sempre così.

Se i buchi neri nudi esistono, una nuova ricerca svela come rilevarne uno: guardando l’anello di luce che li circonda.

I buchi neri sono una conseguenza della teoria della relatività generale di Einstein. Le equazioni della teoria ci dicono che se un ammasso di materia collassa, la gravità continuerà a ridurlo sempre più fino a quando non si comprimerà in una regione di spaziotempo infinitamente piccola. Quel punto è chiamato singolarità, e la matematica che usiamo, non è più sufficiente per descrivere lo spaziotempo in quel luogo.

L’attrazione gravitazionale di una singolarità è enorme. Gli oggetti possono essere trascinati verso la singolarità più velocemente della velocità della luce. Accanto a una singolarità, la fisica della relatività generale non può più prevedere la traiettoria futura delle particelle, che è uno dei punti principali della fisica. Senza la capacità di fare previsioni, la fisica non funziona più.

Per quanto ne sappiamo, tutte le singolarità sono “nascoste” in un orizzonte degli eventi. L’orizzonte degli eventi è la distanza dalla singolarità in cui l’attrazione gravitazionale è abbastanza potente da attirare qualsiasi cosa, il punto in cui un oggetto, una particella o un’astronave devono viaggiare più veloci della della luce per sfuggire alla presa del buco nero. E’ questo comportamento che rende “nero” un buco nero, nemmeno  la luce può sfuggire all’intensa attrazione gravitazionale..

Se esistono singolarità nude, certamente non sono comuni. Conosciamo solo un modo in cui si formano le singolarità, ed è quando una stella gigante alla fine dei suoi giorni collassa su se stessa. Quando questo accade, la singolarità si forma naturalmente con un orizzonte degli eventi.

La presenza di una singolarità nuda preoccupa i fisici che hanno ipotizzato che forse la natura non permette loro di esistere, ma finora non abbiamo alcuna prova che sia cosi.

Le singolarità nude infatti potrebbero esistere, anche se solo nelle condizioni più estreme. Se un buco nero ruota, può formare un secondo orizzonte degli eventi, nascosto nel primo. Più velocemente ruota un buco nero, più questi orizzonti degli eventi si avvicinano l’uno all’altro. Se il buco nero ruota abbastanza velocemente, la matematica predice che gli orizzonti degli eventi possono “cancellarsi” (la fisica reale è ovviamente molto più complicata, ma rende l’idea) rivelando una singolarità nuda.

Un fisico teorico ha cercato di capire se una singolarità nuda potesse rivelarsi in altri modi, specialmente se circondata da un anello di materiale, come riportato in un documento pubblicato il 12 novembre sul server del giornale di prestampa arXiv . Questo anello, chiamato disco di accrescimento, è una caratteristica comune presente intorno a tutti i buchi neri (e alle singolarità potenzialmente nude). Quando il gas e la polvere cadono su un oggetto denso e compatto, quel materiale si appiattisce in un disco prima di essere incanalato verso il basso. Questo disco può essere incredibilmente luminoso, tradendo l’esistenza di un buco nero (infatti, è così che sappiamo dell’esistenza della stragrande maggioranza dei buchi neri presenti nell’universo).

La maggior parte degli studi teorici sulle singolarità nude hanno assunto che l’oggetto esiste, il che non è vero nell’universo reale. Nel nuovo lavoro, il fisico teorico ha esaminato la complessa situazione e ha trovato un risultato sorprendente.

Il disco di accrescimento non è completamente separato dal buco nero (o singolarità nuda). Il disco stesso esercita la sua attrazione gravitazionale e può torcere e distorcere l’oggetto compatto al centro. Questa distorsione a sua volta influisce sull’ambiente gravitazionale intorno all’oggetto, alterando sottilmente il percorso del materiale che vortica verso l’interno.

Il fisico teorico ha scoperto che una singolarità nuda si comporta in modo leggermente diverso rispetto a un normale buco nero, il disco di accrescimento attorno a una singolarità nuda può essere molto, molto più luminoso rispetto al disco di accrescimento che ruota attorno a un buco nero. Oggi i nostri telescopi non hanno la sensibilità per capire la differenza, ma gli strumenti futuri potrebbero; forse una versione aggiornata dell’Event Horizon Telescope ci direbbe se le singolarità nude sono reali.

Trovare una singolarità nuda sarebbe una grande rivelazione in fisica. Saremmo in grado di indicare una posizione nel cielo in cui sappiamo che la nostra conoscenza va in pezzi. Studi più dettagliati dell’ambiente attorno a una singolarità nuda rivelerebbero alcuni dei misteri più profondi dell’universo.

Fonte: https://www.livescience.com/do-naked-singularities-exist.html