nuove rivelazioni sull’energia oscura


Secondo un nuovo studio, in un universo in espansione, il tasso di espansione dell’universo all’orizzonte degli eventi di ciascun buco nero deve essere una costante nelle equazioni di Einstein. Ciò implica che l’unica energia presente all’orizzonte degli eventi è l’energia oscura.

Origine dei buchi neri e orizzonte degli eventi

I buchi neri, oggetti celesti di estrema densità e forza gravitazionale così intensa che nemmeno la luce può sfuggire, furono previsti per la prima volta da Karl Schwarzschild nel 1916.

Utilizzando le equazioni della relatività generale di Einstein, Schwarzschild descrisse poi un oggetto massiccio, non rotante e perfettamente sferico, dando origine al concetto di orizzonte degli eventi. Immagina una superficie critica che circonda il buco nero dove qualsiasi materia o energia al suo interno viene irrimediabilmente attratta verso il centro del buco nero. L’orizzonte degli eventi verrebbe quindi considerato il punto di non ritorno.

Da allora, gli astronomi hanno scoperto che la maggior parte delle galassie, compresa la via Latteaospitano buchi neri supermassicci al loro centro.

Nuova scoperta

Più recentemente, uno studio condotto da Nikodem Popławski dell’Università di New Haven ha gettato nuova luce sulla relazione tra i buchi neri e l’espansione dell’universo.

Il ricercatore ha sostanzialmente scoperto che in un universo in espansione le equazioni di Einstein lo impongono il tasso di espansione dell’universo dallo spazio all’orizzonte degli eventi di un buco nero è una costante legato solo alla costante cosmologica. Viene spesso interpretato come la densità energetica del vuoto dello spazio-tempo ed è conosciuto oggi come densità di energia oscura.

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Per giungere a questa conclusione, Popławski utilizzò la soluzione di McVittie sviluppata nel 1933 dal matematico e cosmologo britannico George McVittie. Aveva risolto le equazioni di Einstein per descrivere la struttura dello spazio-tempo attorno alla massa in un universo in espansione. Aveva così dimostrato che vicino a questa massa, lo spazio-tempo assomiglia a quello descritto da Schwarzschild con un orizzonte degli eventi, mentre più lontano dalla massa, l’universo si estende in modo simile al nostro universo attuale.

buchi neri
Illustrazione di un buco nero al centro di una galassia. Crediti: ClaudioVentrella/istock

Quali implicazioni?

Popławski scoprì quindi che il tasso di espansione dello spazio all’orizzonte degli eventi deve essere costante. Come accennato in precedenza, è legato solo alla costante cosmologica, o densità di energia oscura, il che lo implica l’energia presente all’orizzonte degli eventi è solo energia oscura.

Le implicazioni di questa scoperta sono significative. Innanzitutto, lo suggerisce l’universo non si espande in modo uniforme, ma che regioni diverse crescono a ritmi diversi, una variazione nota come “tensione di Hubble”. Questa tensione nasce dalla differenza tra le misurazioni del tasso di espansione dell’universo a seconda che si basino su osservazioni antiche o più recenti come il fondo cosmico a microonde.

Popławski sostiene che questa differenza può essere spiegata analizzando adeguatamente lo spaziotempo attorno ai buchi neri in un universo in espansione utilizzando la teoria della relatività generale di Einstein. In altre parole, le variazioni nel tasso di espansione possono essere attribuite agli effetti della gravità e dello spazio-tempo vicino a oggetti massicci come i buchi neri.

Inoltre, i suoi calcoli indicano che per consentire queste variazioni di espansione, la costante cosmologica, che rappresenta la densità dell’energia oscura, deve avere un valore positivo. Questa costante è essenziale per mantenere l’universo aperto e in continua espansione. Se fosse negativo o zero, l’universo sarebbe chiuso e incapace di sostenere l’espansione osservata, il che contraddirebbe i dati attuali.

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Alla fine, il lavori di Nikodem Popławski non solo arricchiscono la nostra comprensione dei buchi neri, ma potrebbero anche trasformare la nostra visione dell’espansione dell’universo e dell’energia oscura. Queste scoperte sollevano nuove domande e ipotesi, spingendo la ricerca in cosmologia verso orizzonti ancora inesplorati.





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