Gli scienziati hanno osservato la radiazione di Hawking in un buco nero artificiale

I buchi neri sono regioni nello spazio dove la gravità è molto forte, tanto che nulla che vi penetra può sfuggire. Le previsioni teoriche suggeriscono che esiste un raggio che circonda i buchi neri noto come orizzonte degli eventi. Una volta che qualcosa passa attraverso l'orizzonte degli eventi, non può più sfuggire al buco nero, poiché la gravità diventa più forte man mano che si avvicina al suo centro.

Il fisico teorico Stephen Hawking ha predetto che sebbene nulla possa sfuggire da loro, i buchi neri emettono spontaneamente una quantità limitata di luce, nota come radiazione di Hawking. Secondo le sue previsioni, questa radiazione è spontanea (cioè, nasce dal nulla) e stazionaria (cioè, la sua intensità non cambia molto nel tempo).

Gli scienziati dell'Israel Institute of Technology hanno recentemente condotto una ricerca volta a testare le previsioni teoriche di Hawking. Più specificamente, hanno studiato se l'equivalente della radiazione di Hawking in un "buco nero artificiale" creato in laboratorio è stazionario.

"Se entri nell'orizzonte degli eventi, non puoi uscirne, questo è vero anche per la luce", ha detto Jeff Steinhower, uno dei ricercatori. - La radiazione di Hawking inizia appena sotto l'orizzonte degli eventi, dove la luce riesce a malapena a sfuggire. È davvero strano perché non c'è niente lì; questo è uno spazio vuoto. Eppure questa radiazione proviene dal nulla, si spegne ed è diretta verso la Terra ".

Il buco nero artificiale creato da Steinhower e dai suoi colleghi era lungo circa 0,1 millimetri ed era costituito da un gas composto da 8.000 atomi di rubidio, che è un numero relativamente piccolo di atomi. Ogni volta che i ricercatori hanno scattato una foto, il buco nero è collassato. Per osservarne l'evoluzione nel tempo, hanno dovuto creare un buco nero, fotografarlo e poi crearne un altro. Questo processo è stato ripetuto molte volte nel corso di diversi mesi.

La radiazione di Hawking da questo analogo buco nero è costituita 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 rapidamente, più veloce della velocità del suono, il che significa che il suono non può andare contro corrente", ha spiegato Steinhauer. - Diciamo che stai cercando di nuotare controcorrente. Se questa corrente scorre più velocemente di quanto tu possa nuotare, allora non puoi andare avanti, vai indietro, perché il flusso si sta muovendo troppo velocemente e nella direzione opposta, quindi sei bloccato. Questo è ciò che significa essere bloccati in un buco nero e cercare di raggiungere l'orizzonte degli eventi dall'interno ".

Secondo le previsioni di Hawking, la radiazione emessa dai buchi neri è spontanea. In uno dei loro studi precedenti, gli scienziati sono stati in grado di confermare questa previsione nel loro buco nero artificiale. Nel loro nuovo studio, hanno cercato di scoprire se anche la radiazione emessa dal loro buco nero è stazionaria (cioè, se rimane costante nel tempo).

"Il buco nero dovrebbe irradiarsi come un corpo nero, che è essenzialmente un oggetto caldo che emette radiazioni infrarosse costanti (cioè radiazioni del corpo nero)", ha detto Jeff Steinhower. Hawking ha suggerito che i buchi neri sono come stelle normali, che emettono costantemente un certo tipo di radiazione. Questo è ciò che volevamo confermare nella nostra ricerca e lo abbiamo fatto ".

La radiazione di Hawking è costituita da coppie di fotoni (cioè particelle di luce): uno esce dal buco nero e l'altro vi ricade. Nel tentativo di identificare la radiazione di Hawking emessa dal buco nero analogico che hanno creato, gli scienziati hanno cercato coppie simili di onde sonore, una che emerge dal buco nero e l'altra che si muove in esso. Identificando queste coppie di onde sonore, i ricercatori hanno cercato di determinare se esistessero le cosiddette correlazioni tra di loro.

Abbiamo dovuto raccogliere molti dati per vedere queste correlazioni", ha affermato Jeff Steinhower. “Così abbiamo fatto 97.000 ripetizioni dell'esperimento; un totale di 124 giorni di misurazione continua.

Nel complesso, i risultati ottenuti sembrano confermare che la radiazione emessa dai buchi neri è stazionaria, come previsto da Hawking. Sebbene questi risultati si applichino principalmente a un buco nero analogo creato artificialmente, studi teorici possono aiutare a confermare se possono essere applicati anche a buchi neri reali.

La nostra ricerca solleva anche domande importanti perché abbiamo osservato un buco nero analogico per tutta la vita, il che significa che abbiamo anche visto come sono iniziate le radiazioni di Hawking ", ha detto Jeff Steinhower. La ricerca futura potrebbe provare a confrontare i nostri risultati con le previsioni di ciò che accadrà in un vero buco nero per vedere se la vera radiazione di Hawking inizia dal nulla e poi si accumula, come abbiamo osservato.

Ad un certo punto durante gli esperimenti dei ricercatori, la radiazione che circonda la loro controparte del buco nero è diventata molto forte quando il buco nero ha formato quello che è noto come orizzonte interno. Oltre all'orizzonte degli eventi, la teoria della relatività generale di Einstein prevede l'esistenza di un orizzonte interno, un raggio all'interno dei buchi neri che delinea un'ulteriore regione più vicina al suo centro.

Nella regione all'interno dell'orizzonte interno, l'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).

Fondamentalmente, l'orizzonte degli eventi è la sfera esterna del buco nero, e al suo interno c'è una piccola sfera chiamata orizzonte interno ", ha detto Jeff Steinhower. - Se attraversi l'orizzonte interno, sarai ancora in un buco nero, ma almeno non sentirai la strana fisica di essere in un buco nero. Ti ritroverai in un ambiente più "normale" poiché l'attrazione della gravità sarà inferiore e non la sentirai più.

Alcuni fisici hanno previsto che quando un 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 dagli scienziati. Pertanto, questo studio potrebbe ispirare altri fisici a studiare l'influenza della formazione di un orizzonte interno sull'intensità della radiazione di Hawking.