È possibile che i buchi neri siano formati interamente dalla luce?


I buchi neri sono tra i fenomeni più affascinanti e misteriosi dell’Universo. Tradizionalmente, si formano quando le stelle massicce collassano sotto la loro stessa gravità alla fine del loro ciclo vitale. Tuttavia sono state proposte ipotesi più esotiche, in particolare quella dei “kügelblitze”, buchi neri formati esclusivamente dalla concentrazione di luce. Ma sono davvero possibili?

La natura del fulmine globulare

E colpo di frustatermine tedesco che significa « fulmine globulare », si riferisce ad un ipotetico buco nero che si formerebbe non da materia ordinaria, ma da un immensa concentrazione di radiazioni elettromagnetiche, come la luce. Nella teoria generale della relativitàEinsteinAnche se non ha massa, l’energia può infatti piegare lo spaziotempo e creare attrazione gravitazionale. In teoria, se si concentrasse abbastanza luce in un volume estremamente piccolo, si potrebbe generare un campo gravitazionale abbastanza forte da formare un buco nero.

Tuttavia, questi concetti si basano sulla relatività generale classica che non tiene conto dei fenomeni quantistici, il che ci riporta a questo nuovo lavoro. Nell’ambito di questo studio, i ricercatori dell’Università di Waterloo e del Perimeter Institute for Theoretical Physics hanno esplorato l’impatto degli effetti quantistici sulla formazione di kügelblitze.

Missione impossibile

I ricercatori qui hanno studiato un fenomeno chiamato effetto Schwinger, noto anche come polarizzazione del vuoto. Questo effetto si verifica quando campi elettromagnetici estremamente intensi trasformano parte della loro energia in materia, creando coppie di particelle chiamate elettroni e positroni.

Durante la loro ricerca, gli scienziati hanno calcolato la velocità con cui queste coppie di particelle consumano energia dal campo elettromagnetico. Se queste particelle utilizzano l’energia più velocemente di quanto il campo possa ricostituirla, allora non può formarsi un buco nero di sola luce (o kügelblitz).

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I loro risultati hanno mostrato che, anche in condizioni estremamente intense, la luce è pura non potrà mai raggiungere il livello energetico necessario per formare un buco nero. I ricercatori hanno scoperto che anche utilizzando i laser più potenti disponibili sulla Terra, siamo ancora lontani dal raggiungere l’intensità necessaria per creare un kügelblitz. Hanno scoperto che lo siamo più di 50 ordini di grandezza dell’intensità richiestail che significa che l’energia richiesta sarebbe miliardi di volte maggiore di quella che possiamo attualmente produrre.

buchi neri
Crediti: NASA/JPL-Caltech

Quali implicazioni teoriche?

Questa scoperta ha profonde implicazioni teoriche e mette in discussione i modelli astrofisici e cosmologici che presupponevano l’esistenza di kügelblitze. Sebbene l’idea dei buchi neri formati solo dalla luce sia affascinante, questo studio lo dimostra effettivamente non può esistere nel nostro Universo se teniamo conto dei fenomeni quantistici. Si esclude inoltre la possibilità di studiare i buchi neri in laboratorio creandoli concentrando la luce. Tuttavia, lo studio dimostra che gli effetti quantistici possono essere efficacemente integrati nei problemi che coinvolgono la gravità, fornendo risposte chiare a complesse domande scientifiche.

Ispirati da questi risultati, i ricercatori intendono continuare a esplorare l’influenza degli effetti quantistici su vari fenomeni gravitazionali. Lo studio delle proprietà gravitazionali della materia quantistica potrebbe infatti rivelare aspetti esotici dello spazio-tempo come la gravità repulsiva o soluzioni esotiche come la distorsione di Alcubierre o i wormhole attraversabili.

I dettagli dello studio sono pubblicati in Lettere di revisione fisica.





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