Schizzo di un buco nero dotato di vortici multipli. I colori indicano l'orientamento, con le linee del campo magnetico intrappolate associate in nero. Credito:Dvali et al.
I buchi neri sono oggetti astronomici con un'attrazione gravitazionale estremamente forte da cui nemmeno la luce può sfuggire. Mentre l'idea di corpi che intrappolano la luce esiste dal 18° secolo, la prima osservazione diretta dei buchi neri è avvenuta nel 2015.
Da allora, i fisici hanno condotto innumerevoli studi teorici e sperimentali volti a comprendere meglio questi affascinanti oggetti cosmologici. Ciò ha portato a molte scoperte e teorie sulle caratteristiche, proprietà e dinamiche uniche dei buchi neri.
I ricercatori della Ludwig-Maximilians-Universität e del Max-Planck-Institut für Physik hanno recentemente condotto uno studio teorico esplorando la possibile esistenza di vortici nei buchi neri. Il loro articolo, pubblicato in Physical Review Letters , mostra che i buchi neri dovrebbero teoricamente essere in grado di ammettere strutture a vortice.
"Recentemente è stata introdotta una nuova struttura quantistica per i buchi neri, in particolare in termini di condensati di gravitoni di Bose-Einstein (i quanti della gravità stessa)," ha detto a Phys Florian Kühnel, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. org. "Fino alla pubblicazione del nostro articolo, i buchi neri rotanti non sono stati studiati a fondo in questo quadro. Tuttavia, potrebbero non solo esistere, ma anche essere la regola piuttosto che l'eccezione."
Kühnel ei suoi colleghi Gia Dvali e Michael Zantedeschi hanno eseguito diversi calcoli basati su teorie fisiche esistenti, in particolare il modello quantistico di buchi neri recentemente ideato basato sui condensati gravitanici di Bose-Einstein. L'obiettivo principale del loro studio era esaminare i buchi neri rotanti a livello quantistico, per determinare se avrebbero effettivamente ammesso strutture a vortice.
"Poiché i condensati rotanti di Bose-Einstein sono stati oggetto di intensi studi in laboratorio, è noto che ammettono la struttura a vortice se ruotano sufficientemente velocemente", ha detto Kühnel. "Abbiamo preso questo come un invito a cercare quelle strutture anche nei modelli per la rotazione dei buchi neri, e in effetti le abbiamo trovate."
Kühnel e i suoi colleghi hanno mostrato che un buco nero con spin estremo può essere descritto come un condensato di gravitone con vorticità. Ciò è in linea con studi precedenti che suggeriscono che i buchi neri estremi sono stabili contro la cosiddetta evaporazione di Hawking (cioè una radiazione del corpo nero che si ritiene venga rilasciata al di fuori della superficie più esterna di un buco nero, o orizzonte degli eventi).
Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che in presenza di cariche mobili, il vortice complessivo del buco nero intrappola un flusso magnetico del campo di gauge, il che porterebbe a emissioni distintive che potrebbero essere osservate sperimentalmente. Le previsioni teoriche del team potrebbero quindi aprire nuove possibilità per l'osservazione di nuovi tipi di materia, inclusa la materia oscura millicaricata.
"La vorticità è una caratteristica completamente nuova dei buchi neri, che sono a livello classico (cioè, se si chiudono gli occhi sulla loro struttura quantistica) completamente caratterizzati da tre entità:massa, spin e carica", ha detto Kühnel. "Questo è ciò che abbiamo imparato dai libri di testo, fino ad ora. Abbiamo dimostrato che dobbiamo aggiungere vorticità."
L'esistenza teorizzata del team di vortici nei buchi neri offre una possibile spiegazione per la mancanza di radiazione di Hawking per i buchi neri a rotazione massima. In futuro, questa teoria potrebbe quindi aprire la strada a nuove osservazioni sperimentali e conclusioni teoriche.
Ad esempio, le strutture dei vortici dei buchi neri potrebbero spiegare i campi magnetici estremamente forti che emergono dai nuclei galattici attivi nel nostro universo. Inoltre, potrebbero potenzialmente essere alla base di quasi tutti i campi magnetici galattici conosciuti.
"Abbiamo appena stabilito il campo della vorticità dei buchi neri", ha aggiunto Kühnel. "C'è una ricchezza di domande importanti ed eccitanti da affrontare, comprese quelle riguardanti le applicazioni sopra menzionate. Inoltre, le future osservazioni delle onde gravitazionali della fusione di buchi neri, ciascuno contenente un vortice (di multipli di quelli), potrebbero aprire la porta a questi nuovi ed emozionanti aspetti quantistici dello spazio-tempo". + Esplora ulteriormente
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