Un fisico della RUDN University ha sviluppato una formula per calcolare la radiazione di Hawking sull'orizzonte degli eventi di un buco nero, che consente ai fisici di determinare come questa radiazione verrebbe modificata con correzioni quantistiche alla teoria della gravità di Einstein. Questa formula consentirà ai ricercatori di testare l'accuratezza delle diverse versioni della teoria della gravità quantistica osservando i buchi neri, e comprende un passo verso la tanto agognata "teoria della grande unificazione" che collegherebbe la meccanica quantistica e la relatività. L'articolo è pubblicato sulla rivista Revisione fisica D .

Sebbene la teoria della gravitazione di Einstein corrisponda alla recente scoperta delle onde gravitazionali, lascia ancora aperte alcune domande, compresa la natura della singolarità, materia oscura, energia oscura, e la questione della gravità quantistica. Anche, anche le osservazioni delle onde gravitazionali non escludono che le teorie gravitazionali alternative possano essere accurate, e possono essere usati per descrivere i buchi neri. Tali teorie, che includono componenti quantistici aggiuntivi, non contraddicono il quadro osservato delle fusioni di buchi neri. I calcoli effettuati seguendo queste teorie prevedono lo stesso comportamento dei buchi neri a grande distanza l'uno dall'altro, ma allo stesso tempo, mostrano caratteristiche importanti vicino all'orizzonte degli eventi, il "confine" del buco nero oltre il quale non c'è ritorno.

Si crede impossibile guardare oltre l'orizzonte degli eventi di un buco nero perché nulla può sfuggire, comprese particelle e radiazioni. Però, Stephen Hawking ha dimostrato che i buchi neri possono "evaporare" emettendo varie particelle elementari. Ciò significa che nel tempo, tutte le informazioni assorbite da un buco nero possono scomparire, il che è contrario alle idee fondamentali sull'informazione:si ritiene che l'informazione non possa scomparire senza lasciare traccia. Perciò, teorie alternative della gravitazione, volto ad eliminare questo paradosso, sono diventati più popolari poiché potrebbero contribuire a una teoria della gravitazione quantistica.

Uno degli approcci più promettenti è la teoria Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet con dilaton:applica componenti quantistiche come correzione alla teoria della relatività generale.

"La teoria alternativa che abbiamo considerato si ispira al limite di bassa energia della teoria delle stringhe, la cosiddetta teoria Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet con dilaton. Oltre alla parte di Einstein, contiene termini di curvatura quadratica e un campo scalare, " Romano Konoplya, un ricercatore presso l'Istituto di Educazione e Ricerca di Gravitazione e Cosmologia dell'Università RUDN, dice.

Per descrivere come un buco nero risponde alle perturbazioni gravitazionali esterne, i cosmologi usano il concetto di modi quasinormali. I modi sono oscillazioni che si verificano quando un'azione esterna su un buco nero, le cui caratteristiche dipendono dalla forza dell'impatto e dai parametri del buco nero stesso. Sono detti quasinormali perché svaniscono nel tempo e la loro ampiezza può essere misurata solo per un breve periodo. Tali oscillazioni sono solitamente descritte usando la frequenza come un numero complesso, la cui parte reale sono le oscillazioni periodiche, e l'immaginario:il tasso di decadimento.

Il fisico dell'Università RUDN, insieme agli scienziati della Repubblica Ceca Antonina Zinhailo e Zdeněk Stuchlík, ha studiato la radiazione classica (quasinormale) e quantistica (di Hawking) di campi di prova sullo sfondo di un quadridimensionale, buco nero sfericamente simmetrico e asintoticamente piatto nella teoria di Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet con dilaton. Hanno ottenuto una formula analitica per lo stato eikonale dei modi quasinormali e l'hanno usata per calcolare i modi quasinormali dello scalare di prova e dei campi di Maxwell e hanno stimato l'intensità della radiazione di Hawking per il buco nero Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet.

I campi di testo sono tutti i campi in prossimità di un buco nero perché si propagano sullo sfondo (ad esempio, un campo di Dirac o un campo elettromagnetico). L'intensità della radiazione elettromagnetica di Hawking e del campo di Dirac si è rivelata una caratteristica significativamente più sensibile del suo spettro quasi normale, mostrando un aumento del tasso di emissione di energia rispettivamente del 57 per cento e del 48 per cento ai campi.

"Abbiamo ottenuto una stima dell'intensità dell'evaporazione di Hawking dei buchi neri tenendo conto delle correzioni quantistiche alla geometria del buco nero, "Conclude Roman Konoplya.

"Radiazioni classiche (ad es. onde elettromagnetiche o di altro tipo) differiscono da quelle di Einstein solo per una piccola percentuale, questo è, La radiazione di Hawking è un meccanismo molto più sensibile. I modi quasinormali sono le frequenze della radiazione classica, quale, a differenza dei modi quantistici, differiscono poco dal caso Einstein. Nel futuro, forse osservando i buchi neri primari apparsi nell'universo primordiale, questo potrebbe chiarire le nostre idee sulle correzioni quantistiche alla gravità".