Contrordine dallo spazio: dai buchi neri si può fuggire

Immaginiamo di avere una stanza nella quale può entrare qualsiasi persona che, una volta dentro, non può più comunicare con il mondo esterno. Questo potrebbe essere l'analogo di un buco nero.

Se però fosse possibile stabilire una correlazione tra una speciale coppia di persone, una che entra e l'altra che riesce a restare fuori, questa speciale correlazione tra una persona che scompare nel buco nero e l'altra che riesce a restare fuori viola la caratteristica fondamentale di un buco nero. Fu quello che teoricamente scoprì Hawking nel 1974. Alla correlazione venne dato il nome di Radiazione di Hawking in quanto a restare «fuori» dal buco nero erano un elettrone e un antielettrone.

È forse bene ricordare come nascono i buchi neri. Si parte con l'equazione di Einstein che stabilisce un legame tra la struttura matematica dello spazio-tempo e la struttura matematica dell'energia-impulso. Due quantità fisiche per secoli considerate totalmente diverse. Come diverse sono un foglio di carta e un litro di benzina. Un giovane fisico, Schwarzschild, partendo da questa incredibile novità, riuscì nel 1915 a scoprire che l'equazione di Einstein portava a un'altra incredibile soluzione. Dovevano esistere realtà nuove in cui l'attrazione gravitazionale diventa talmente potente da proibire anche alla cosa più leggera che si possa immaginare - la luce - di superare la forza attrattiva gravitazionale. La nostra Terra fa cadere sempre le pietre dall'alto verso il basso. Anche noi siamo gravitazionalmente legati dalla forza gravitazionale terrestre. Però se ci mettiamo dentro a un missile riusciamo a vincere l'attrazione gravitazionale della Terra e andare addirittura fuori dal sistema solare. Se la massa della nostra Terra fosse concentrata in una sfera dal raggio di 9 millimetri, nessuna spinta, anche la più potente che si possa realizzare, ci permetterebbe di vincere l'attrazione gravitazionale terrestre. A questa scoperta di Schwarzschild nel 1915, Wheeler nel 1967 dette il nome di buchi neri. Il punto chiave da non dimenticare è la «struttura matematica» che descrive un buco nero. Studiando cosa può avvenire l'astrofisico Hawking scoprì la correlazione citata in apertura. Quando sono riuscito a fondare il Centro Fermi a Roma nel 2000, affidai al fisico bolognese Roberto Balbinot il problema di estendere ad altre realtà, come sono i fenomeni acustici, queste proprietà. Fu William Unruh a suggerire che la «correlazione» scoperta da Hawking poteva esistere anche in altre realtà meno difficili da studiare rispetto ai buchi neri. Esempio: un liquido. Esso può essere diviso in due parti. Nella prima il fluido ha una velocità inferiore a quella del suono e le onde sonore possono propagarsi anche controcorrente. Nella seconda parte del fluido le onde sonore non possono propagarsi controcorrente, in quanto la velocità del fluido è superiore a quella del suono. Le onde sonore restano intrappolate come accade alla luce che si trova dentro un buco nero. Ecco perché questa struttura fluida venne chiamata «buco nero acustico». Nel 2008 il gruppo del Centro Fermi in collaborazione con il Cnr riuscì a dimostrare che la «correlazione» detta anche «radiazione» di Hawking avrebbe potuto essere osservata tra le due zone del fluido prima citate. Oggi arriva la notizia che Steinhauer ha osservato questa «correlazione» in una realtà ben lontana dai buchi neri gravitazionali.

La scoperta sperimentale delle onde gravitazionali, previste da Einstein cent'anni fa, ha svegliato poco tempo fa l'interesse sui buchi neri e sulle loro proprietà. Su queste colonne abbiamo discusso quello che ci aspettiamo dalle «onde gravitazionali». Motivo: esse sono state prodotte dalla collisione tra i buchi neri di masse enormi: tra i 20 e le 30 masse solari. Queste onde gravitazionali aprono gli occhi sulle origini dei buchi neri gravitazionali. Motivo: un'analisi rigorosa sulle quattro forze fondamentali porta alla conclusione che le prime forze a esistere sono state solo quelle gravitazionali, le altre tre (elettromagnetiche, subnucleari deboli e subnucleari forti) sarebbero venute dopo. Ecco perché nell'universo ci sono in giro tanti buchi neri. Questi, però, sarebbero «primordiali». Il che vuole dire che le loro masse non sarebbero come le masse degli oggetti a noi noti: pietre, oceani, montagne, Sole, Luna, fiori, pesci ecc., fatte tutte con protoni, neutroni ed elettroni.

Nel cuore di un buco nero primordiale dovrebbero esserci solo masse con una sola carica, quella gravitazionale.

Le ricerche

sperimentali sui buchi neri acustici potrebbero essere di grande interesse in quanto nelle strutture di questi buchi neri c'è in gioco solo la fisica dei fenomeni acustici che potrebbero aprirci gli occhi sui buchi neri primordiali.