Indipendentemente dalla quantità di prove dell'esistenza dei buchi neri, rimangono entro i limiti della fisica teorica. A causa delle loro proprietà - struttura, mancanza di luce emessa, posizione e come funzionano - i buchi neri rimangono nell'ombra. Ma non tutti gli scienziati, incluso Stephen Hawking, credono che i buchi neri tradizionali debbano necessariamente rimanere nell'ambito della fisica moderna (tuttavia, possono avere soluzioni matematiche ideali) - alcuni vanno oltre e affermano che dovremmo sostituirli con uno dei molte alternative.
Alcune alternative includono gravastar, wormhole ibridi e stelle di quark. L'anno scorso, due astrofisici - Carlo Rovelli (Università di Tolone, Francia) e Francesca Vidotto (Università di Redbound nei Paesi Bassi) - ne hanno presentato un altro: un oggetto teorico chiamato stella di Planck (stella di Planck). Non sostituisce il modello standardizzato di buco nero in quanto tale, lo reinventa.
Un buco nero di solito ha due componenti principali: l'orizzonte degli eventi e la singolarità stessa. L'orizzonte degli eventi è abbastanza semplice: questo è il punto, attraversandolo, niente può lasciare il buco nero. La Singolarità (il cuore di un buco nero), d'altra parte, è molto più difficile da capire.
La curvatura dello spazio-tempo in questo punto infinitamente denso diventa infinita. Di conseguenza, non possiamo comprendere logicamente ciò che sta accadendo all'interno della singolarità. Ancora peggio: ciò a cui arriviamo viola diverse regole o leggi universali contemporaneamente.
Il problema più grande ha a che fare con il modo in cui il buco nero elabora le informazioni - informazioni che descrivono le proprietà quantistiche di tutto ciò che il buco nero ha ingoiato. I fisici dicono che l'informazione non può - non dovrebbe - essere distrutta, ma sembra che sia ciò che accade quando viene risucchiata dall'inevitabile singolarità. Questo mistero, chiamato paradosso dell'informazione del buco nero, è estremamente importante, ma ci ritorneremo più avanti.
Cos'è una stella di Planck?
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La star di Planck si basa su quella che è nota come ipotesi del "grande rimbalzo"; secondo questa teoria, l'universo si è adattato a un ciclo infinito di morte e rinascita. In altre parole, il Big Bang non è stato necessariamente l'inizio di tutto, solo questa versione dell'universo. Prima del nostro, c'era un altro universo: dopo un'espansione eccessiva, si contraeva, collassava e ricominciava (qualcosa come la reincarnazione, solo su scala cosmica).
Si ritiene che questo rimbalzo sia preceduto dalla contrazione, l'opposto del Big Bang, quando l'espansione dell'universo si ferma a un certo punto, in particolare quando la densità media dello spazio-tempo diventa critica. Dopo l'inizio del collasso, tutta la materia esistente dovrebbe collassare in uno stato superdenso (forse qualcosa di simile alla singolarità di un buco nero).
Il rimbalzo inizierà non appena la questione sarà compressa alla scala di Planck; almeno questo è quello che dice la teoria. Gli scienziati ritengono che se riconsideriamo le conseguenze di una possibile compressione di grandi dimensioni, in teoria possiamo riconsiderare il comportamento dei buchi neri.
E se, invece di un nucleo di supernova che collassa in un punto infinitamente denso (singolarità) - secondo la nostra ipotesi che è così che si formano i buchi neri di massa stellare - questo collasso è sospeso dalla "pressione quantistica", che sembra qualcosa che "impedisce a un elettrone di cadere sul nucleo atom ".
Questa idea di per sé non è così assurda. Dopo tutto, una pressione speciale - la degenerazione dei neutroni - può fermare il collasso di una stella a una certa soglia di massa (lasciando dietro di sé stelle di neutroni o pulsar), mentre la degenerazione elettronica svolge lo stesso compito per stelle che pesano tanto quanto il nostro Sole.
Inoltre, l'effetto quantistico che impedisce alla materia di collassare a densità infinita, ritengono gli scienziati, su larga scala significherebbe che il rimbalzo “non si verifica quando l'universo raggiunge le dimensioni di Planck, come previsto in precedenza; si verifica quando la densità energetica della materia raggiunge la densità di Planck. L'universo "rimbalza" quando la densità energetica della materia raggiunge la scala di Planck, la dimensione più piccola possibile in fisica ".
"In altre parole, la gravità quantistica può diventare rilevante quando il volume dell'Universo è 75 ordini di grandezza maggiore di quello di Planck", scrivono gli autori dell'articolo pubblicato nel blocco arXiv.
Alla ricerca della stella di Planck
Naturalmente, se uno di questi "oggetti" esiste, sarà inimmaginabilmente piccolo (anche in confronto a un atomo), con un diametro di 10 ^ -10 centimetri. Eppure sarà di 30 ordini di grandezza maggiore della lunghezza di Planck (che è 1,61619926 x 10 ^ -35 metri).
Per quanto riguarda come apparirà la stella di Planck all'osservatore, e questo è davvero interessante, il fattore di dilatazione del tempo sarà particolarmente evidente. Il tempo, mentre si muove, non va lo stesso per ognuno. Scorre in modo diverso sulla superficie della Terra e nell'orbita terrestre bassa, sebbene l'effetto sia trascurabile. La velocità con cui le zecche temporali dovrebbero variare notevolmente intorno a stelle e pianeti massicci e intorno ai buchi neri.
Prima che la luce attraversi l'orizzonte degli eventi, inizia a percepire la dilatazione del tempo. Non possiamo esserne sicuri - non sappiamo nemmeno cosa sta succedendo all'interno dei buchi neri - ma alcune delle migliori menti del mondo suggeriscono che il tempo si ferma quasi completamente lì. Ma non puoi vederlo dall'esterno.
Se questo è difficile da capire e se hai visto il film Interstellar, ricorda l'episodio con il mondo acquatico. (Avviso spoiler). A causa della sua vicinanza a Gargantua - il buco nero, il wormhole attraverso il quale è passata la squadra - un'ora per le persone sulla superficie del pianeta era pari a decine di anni altrove. Per questo motivo, e nonostante il fatto che il primo uomo sia atterrato su questo pianeta dieci anni prima, è possibile che l'astronauta sia rimasta lì solo per un paio d'ore fino all'arrivo del secondo gruppo. Il suo faro era attivo, ma non sono state ricevute trasmissioni.
Anche così: qualsiasi stella di Planck può vivere solo un momento prima del "rimbalzo": un "periodo di tempo approssimativo necessario alla luce per superarlo". Ma per un osservatore esterno, vivrà per milioni o addirittura miliardi di anni … continuando a esistere accanto al buco nero stesso.
Meno problemi
A questo punto, inizi a capire esattamente cosa vedono i fisici in questo modello puramente teorico. Alla fine si torna al buco nero e al paradosso dell'informazione. Secondo gli scienziati, se sostituiamo la singolarità con una stella di Planck, questo paradosso cessa di essere un problema.
Sostengono che dopo un tempo X, i buchi neri, che perdono lentamente massa nel corso della loro vita a causa dell'emissione graduale della radiazione di Hawking, finiranno per entrare in collisione con l'espansione delle stelle di Planck nei loro nuclei: a un certo punto, tutte le informazioni che memorizzano verranno rilasciate …
Cos'altro? Gli scienziati dicono che le stelle di Planck possono "produrre un segnale rilevabile, di origine quantistica-gravitazionale, con una lunghezza d'onda dell'ordine di 10-14 cm". In altre parole, potrebbe esserci un modo per trovarne uno, o almeno restringere l'intervallo di ricerca osservando determinate firme di raggi gamma. Forse abbiamo già trovato una firma del genere, semplicemente non la sappiamo.
Ilya Khel
