Stephen Hawking ha proposto per la prima volta l'idea della radiazione di Hawking nel lontano 1974. Gary Gershoff/Getty/NASA/CXC/M.Weiss

Un esperimento di laboratorio sembra convalidare un'idea sui buchi neri proposta nientemeno che dal fisico teorico Stephen Hawking. Inoltre, l'idea - i buchi neri emettono energia chiamata radiazione di Hawking nel tempo e gradualmente si restringono - sembra controintuitiva. Come può essere vero? Abbiamo tutti sentito dire che nulla può sfuggire all'attrazione gravitazionale di un buco nero. Nemmeno luce!

Facciamo un passo indietro e impariamo cosa non sono i buchi neri. Non sono niente. Affinché la teoria quantistica sia vera, il vero nulla non è una cosa. Come mia zia ama dire, "C'è sempre qualcosa." Anche se non credo che stesse parlando di buchi neri.

Allora cos'è un buco nero? È ciò che rimane dopo la morte di una stella enorme. Le stelle hanno una massa enorme, il che significa che esercitano anche una forte attrazione gravitazionale. Mentre una stella è attiva, le reazioni di fusione nel suo nucleo si bilanciano con l'attrazione gravitazionale della sua massa e la stella mantiene la sua forma. Ma col tempo, il carburante per le reazioni di fusione inizia a scarseggiare, e la gravità comincia a vincere il tiro alla fune.

Di conseguenza, la stella diventa più piccola e più densa. Comincia a tirare più materiale verso l'interno verso il nucleo. Il nucleo si riscalda mentre ciò accade. Infine, ottieni abbastanza energia per un'esplosione:la stella diventa una supernova. La stella proietta energia e materia verso l'esterno con una forza enorme, ma il nucleo spento rimane, massiccio e denso.

Che ha trascorso il nucleo deformazioni spazio-tempo, affondandoci dentro. È come mettere una pesante palla da bowling su un trampolino. Il peso della palla deforma il trampolino, facendolo calare. I buchi neri fanno la stessa cosa con lo spazio-tempo, solo che lo fanno in più di due dimensioni.

Intorno all'apertura del buco c'è l'orizzonte degli eventi. Una volta superata questa linea, appartieni al buco nero. Questo vale anche per la luce stessa. Ma se è vero, come potrebbero i buchi neri irradiare energia? Come potrebbe aver ragione Stephen Hawking?

La teoria quantistica ci dice che anche in un buco nero ci sarebbero campi energetici fluttuanti. Le fluttuazioni generano coppie di fotoni. Più spesso che non, i fotoni si distruggono a vicenda, come i membri di una boy band che si sono finalmente stancati di andare in tournée.

Ma a volte un fotone apparirà sul bordo interno dell'orizzonte degli eventi mentre l'altro si trova sul bordo esterno. Il fotone più interno è condannato e viene trascinato nel buco nero. Il fotone appena divorziato sul bordo esterno zooma nello spazio. Questa è la radiazione di Hawking. Puoi ascoltare Neil deGrasse Tyson che spiega le radiazioni di Hawking e i buchi neri che svaniscono in questo video:

Secondo l'ipotesi di Hawking, il fotone che cade nel buco nero in realtà lo fa rimpicciolire leggermente a causa dell'energia negativa. E Hawking propone anche che un buco nero distrugga le informazioni, qualcosa che va contro l'idea che la quantità totale di informazioni all'interno dell'universo sia una costante.

E adesso, alla fine, passiamo all'esperimento. Il fisico sperimentale Jeff Steinhauer ha simulato un buco nero in laboratorio e ha osservato quelle che sembravano essere le emissioni di radiazioni di Hawking. Ha creato il buco nero acustico usando atomi ultrafreddi che creano particelle virtuali di suono chiamate fononi. Proprio come un vero buco nero crea fotoni virtuali che a volte diventano reali, il buco nero simulato crea pacchetti di suoni.

Quando il buco nero simulato crea una vera coppia di fononi, uno viene catturato da una regione supersonica e rimane intrappolato. È simile a un fotone che viene inghiottito da un vero buco nero, diminuendo il buco nero nel processo.

L'esperimento di laboratorio non è una prova conclusiva che Hawking avesse ragione. Alcuni fisici pensano che equiparare il buco nero artificiale a un buco nero astronomico sia un salto troppo grande. Può essere che ciò che vale per uno non sia vero per l'altro. E le fluttuazioni indotte da Steinhauer possono solo assomigliare a quelle che si trovano nel vuoto dello spazio, il che significa che i risultati potrebbero essere fuorvianti.

Gli scienziati dovrebbero replicare l'esperimento di Steinhauer per assicurarsi che i risultati siano validi. Anche allora, potrebbe volerci un po' di tempo prima che la comunità scientifica in generale sia pronta a considerare i risultati come supporto per le previsioni di Stephen Hawking negli anni '70. Ma è possibile che siamo un passo più vicini a una comprensione più completa del misterioso buco nero.