Una volta entrati nell'orizzonte degli eventi di un buco nero, non lo lascerai mai. Non c'è velocità che puoi prendere, nemmeno la velocità della luce, per farti uscire. Ma nella relatività generale, lo spazio è curvo in presenza di massa ed energia, e la fusione dei buchi neri è uno degli scenari più estremi per tale curvatura. C'è un modo per entrare in un buco nero, attraversare l'orizzonte degli eventi e poi andarsene quando l'orizzonte degli eventi è curvato da una massiccia fusione?
Quando due buchi neri si fondono, può la materia nell'orizzonte degli eventi di un buco nero sfuggire? Possono raccogliere e migrare verso un altro (buco nero più massiccio)? Che ne dici di andare oltre entrambi gli orizzonti?
Questa idea è decisamente folle. Ma è abbastanza pazza da lavorare? Il fisico Ethan Siegel ci aiuterà a rispondere a questa domanda.
Quando una stella sufficientemente massiccia cessa di esistere, o quando due resti stellari sufficientemente massicci si fondono, può formarsi un buco nero con un orizzonte degli eventi proporzionale alla sua massa e un disco di accrescimento in cui vortica la materia che circonda il buco nero.
Un buco nero, di regola, si forma durante il collasso del nucleo di una stella massiccia, dopo un'esplosione di supernova, o una fusione di stelle di neutroni, o durante un collasso diretto. Per quanto ne sappiamo, ogni buco nero è formato dalla materia che è mai stata parte di una stella, quindi per molti versi i buchi neri sono gli ultimi resti di stelle. Alcuni buchi neri si formano isolatamente; altri diventano parte di un sistema duale. Nel tempo, i buchi neri non solo possono creare una spirale e fondersi, ma anche assorbire altra materia che cade nell'orizzonte degli eventi.
In un buco nero di Schwarzschild, cadere verso l'interno porta alla singolarità e all'oscurità. Indipendentemente dalla direzione in cui stai viaggiando, da come acceleri e così via, attraversare l'orizzonte degli eventi significa una collisione inevitabile con una singolarità.
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Quando qualcosa dall'esterno attraversa l'orizzonte degli eventi del buco nero, è condannato. In pochi secondi, l'oggetto raggiungerà una singolarità al centro del buco nero: punti per un buco nero non rotante e anelli per uno rotante. Il buco nero stesso non ricorda quali particelle vi sono cadute o qual è il loro stato quantistico. Invece, tutto ciò che rimane, in termini di informazioni, è la massa totale, la carica e il momento angolare del buco nero.
Nella fase finale, che precede la fusione, lo spazio-tempo che circonda il buco nero verrà interrotto mentre la materia continua a cadere in entrambi i buchi neri dall'ambiente. In nessuna circostanza dovresti presumere che qualcosa possa sfuggire dall'orizzonte degli eventi.
Quindi, si può immaginare uno scenario in cui la materia cade in un buco nero durante le fasi finali di una fusione, quando un buco nero sta per fondersi con un altro. Poiché i buchi neri devono sempre avere dischi di accrescimento e la materia vola costantemente nel mezzo interstellare, le particelle attraverseranno costantemente l'orizzonte degli eventi. Qui è tutto semplice, quindi consideriamo una particella che è caduta nell'orizzonte degli eventi prima dei momenti finali della fusione.
Potrebbe teoricamente scappare? Puoi "saltare" da un buco nero all'altro? Diamo un'occhiata alla situazione in termini di spazio-tempo.
Simulazione al computer di due buchi neri che si fondono e della curvatura dello spazio-tempo da essi causata. Sebbene le onde gravitazionali siano emesse costantemente, la materia stessa non può sfuggire.
Quando due buchi neri si fondono, lo fanno dopo un lungo periodo di spirale, durante il quale l'energia viene emessa sotto forma di onde gravitazionali. Fino agli ultimi istanti prima della fusione, l'energia viene emessa e vola via. Ma questo non può causare la contrazione dell'orizzonte degli eventi o del buco nero; l'energia proviene invece dallo spazio-tempo al centro di massa, che si deforma sempre di più. Con un tale successo sarebbe possibile rubare energia al pianeta Mercurio; ruoterebbe più vicino al Sole, ma le sue proprietà (o proprietà del Sole) non cambierebbero in alcun modo.
Tuttavia, quando arrivano gli ultimi momenti della fusione, gli orizzonti degli eventi dei due buchi neri sono deformati dalla presenza gravitazionale l'uno dell'altro. Fortunatamente, i relativisti hanno già calcolato numericamente come la fusione influenzi gli orizzonti degli eventi, ed è straordinariamente istruttiva.
Nonostante il fatto che fino al 5% della massa totale dei buchi neri prima della fusione possa essere emessa sotto forma di onde gravitazionali, l'orizzonte degli eventi non si contrae mai. La cosa importante è che se prendi due buchi neri di uguale massa, i loro orizzonti degli eventi occuperanno una certa quantità di spazio. Quando combinato per creare un buco nero a doppia massa, il volume di spazio occupato dall'orizzonte sarebbe quattro volte il volume originale dei buchi neri combinati. La massa dei buchi neri è direttamente proporzionale al loro raggio, ma il volume è proporzionale al cubo del raggio.
Sebbene abbiamo trovato molti buchi neri, il raggio di ogni orizzonte degli eventi è direttamente proporzionale alla massa del buco, e questo è sempre il caso. Raddoppia la massa, raddoppia il raggio, ma l'area quadruplicherà e il volume quadruplicherà.
Si scopre che anche se si mantiene la particella nello stato più immobile all'interno del buco nero e cade il più lentamente possibile verso la singolarità, non c'è modo che esca. Il volume totale degli orizzonti degli eventi co-localizzati aumenta durante le fusioni di buchi neri, e non importa quale sia la traiettoria di una particella che attraversa l'orizzonte degli eventi, è destinata a essere inghiottita dalla singolarità combinata di entrambi i buchi neri.
In molti scenari di astrofisica, le espulsioni compaiono quando la materia fugge da un oggetto durante un cataclisma. Ma nel caso della fusione dei buchi neri, tutto ciò che è dentro rimane dentro; la maggior parte di ciò che era fuori viene risucchiata e solo un po 'di ciò che era fuori può sfuggire. Cadendo in un buco nero, sei condannato. E un altro buco nero non cambierà l'equilibrio del potere.
Ilya Khel
