“Stelle dentro le stelle” simili a bolle potrebbero spiegare la stranezza di un buco nero

I buchi neri un tempo erano mostri virtuali nati nel groviglio della teoria della relatività generale di Einstein, e ora sono noti per essere veri e propri corpi celesti come stelle, lune e galassie.

Ma non commettere errori. I suoi motori sono ancora misteriosi come lo erano quando era al comando il fisico teorico tedesco Karl Schwarzschild Giocato per la prima volta con le equazioni di campo di Einstein Sono giunto alla conclusione che lo spazio e il tempo possono raggrinzirsi in abissi senza ritorno.

I fisici Daniel Jampolski e Luciano Rizzola dell'Università Goethe di Francoforte sono tornati al primo passo nel tentativo di comprendere meglio le equazioni che descrivono i buchi neri e hanno trovato una soluzione più facile da immaginare, se non meno bizzarra.

Mentre le immagini convenzionali dei buchi neri contengono al loro centro un caos di fisica contraddittoria, Jampolski e Rizzola hanno escogitato una svolta unica su una “bolla” di materia legata gravitazionalmente, che potrebbe contenere tutta una serie di bolle intrecciate al suo interno.

“È notevole che anche 100 anni dopo che Schwarzschild fornì la sua prima soluzione alle equazioni di campo di Einstein partendo dalla teoria della relatività generale, si possano ancora trovare nuove soluzioni.” Lui dice Risola.

“È un po' come trovare una moneta d'oro lungo un percorso che molti altri hanno scoperto prima.”

I buchi neri nascondono uno sporco segreto in fisica. Inserisci abbastanza oggetti nello spazio descritto da ciò che è noto come Raggio di SchwarzschildLa gravità supererà tutte le altre forze e trascinerà quella massa in uno spazio molto più piccolo. Così dicono le equazioni di campo nella relatività generale.

Tuttavia, le equazioni non possono realmente dire cosa succede dall’altra parte di questa grande pressione. Mentre ci concentriamo su distanze sempre più piccole, la fisica quantistica diventa sempre più importante. Senza un modo semplice per collegare le due teorie (quasi) inclusive di tutto, ci troviamo di fronte a un grande punto interrogativo su cosa succede alla materia quando la gravità la schiaccia oltre un certo punto.

Come se ciò non bastasse, l'esistenza di oggetti in grado di inviare informazioni in un viaggio di andata e ritorno verso la prigione cosmica ed evaporare in un bagliore costante di calore noto come radiazione di Hawking rappresenta un paradosso fisico, basato sulla regola secondo cui l'informazione non può semplicemente scomparire.

Nel 2001Il fisico quantistico Paul Mazur e l'astrofisico Emil Mottola hanno collaborato per comprendere le equazioni e vedere se potevano evitare questi vicoli ciechi.

Ciò che hanno trovato era una stella condensata gravitazionalmente. Chiamato stranamente gravastar, questo ipotetico costrutto descrive uno strato di materia compresso a un grado di sottigliezza quasi impossibile, gonfiato dall'interno con un generoso aiuto di energia oscura.

Per quanto strani possano sembrare questi palloncini stellari, sembreranno comunque dei buchi neri dall’esterno, mentre sfuggono opportunamente al paradosso dell’informazione ed evitano la necessità di una fitta infinitamente spessa di assurdità quantistica al loro interno.

Jampolski e Rizzola scoprirono che era possibile per un gravatar con una membrana leggermente più spessa bilanciare un secondo gravatar al suo interno. Allo stesso modo, il secondo gravatar nidificato potrebbe essere gravido del suo strano guscio composto da materiale altamente compresso, formando quello che chiamano nestar.

“Il Nestar è come una bambola matrioska”, Lui dice Jampolski, che ha trovato la soluzione sotto la supervisione di Rizzola.

Inventare mostri cosmici al di fuori dell'ombra proiettata dalla teoria pura può sembrare strano, ma è proprio così che sono stati identificati i buchi neri. Ancora più importante, scoprire i limiti di ciò che la teoria può suggerire potrebbe portare a osservazioni che risolvono i misteri più fastidiosi del buco nero.

“Purtroppo non abbiamo ancora idea di come creare una simile gravastar.” Lui dice Risola.

“Ma anche se le stelle non esistono, esplorare le proprietà matematiche di queste soluzioni ci aiuterà a comprendere meglio i buchi neri”.

Questa ricerca è stata pubblicata in Gravità classica e quantistica.