I buchi neri sono regioni dello spazio in cui la gravità è molto forte, così forte che nulla che entra in esse può sfuggire, compresa la luce. Le previsioni teoriche suggeriscono che esiste un raggio che circonda i buchi neri noto come orizzonte degli eventi. Una volta che qualcosa supera l'orizzonte degli eventi, non può più sfuggire a un buco nero, mentre la gravità diventa più forte mentre si avvicina al suo centro.

Il fisico teorico Stephen Hawking ha predetto che mentre nulla può sfuggire al loro interno, i buchi neri emettono spontaneamente una quantità limitata di luce, nota come radiazione di Hawking. Secondo le sue previsioni, questa radiazione è spontanea (cioè, nasce dal nulla) e stazionario (cioè, la sua intensità non cambia molto nel tempo).

I ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology hanno recentemente condotto uno studio volto a testare le previsioni teoriche di Hawking. Più specificamente, hanno esaminato se l'equivalente della radiazione di Hawking in un "buco nero artificiale" creato in un ambiente di laboratorio fosse stazionario.

"Se entri nell'orizzonte degli eventi, non c'è modo di uscire, anche per la luce, "Jeff Steinhauer, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "La radiazione di Hawking inizia appena fuori dall'orizzonte degli eventi, dove la luce riesce a malapena a sfuggire. È davvero strano perché non c'è niente lì; è uno spazio vuoto. Eppure questa radiazione parte dal nulla, viene fuori, e va verso la Terra."

Il buco nero artificiale creato da Steinhauer e dai suoi colleghi era lungo circa 0,1 millimetri ed era costituito da un gas composto da 8000 atomi di rubidio, che è un numero relativamente basso di atomi. Ogni volta che i ricercatori gli scattavano una foto, il buco nero è stato distrutto. Per osservarne l'evoluzione nel tempo, hanno quindi dovuto produrre il buco nero, scatta una foto e poi creane un'altra. Questo processo è stato ripetuto molte volte, per mesi.

La radiazione di Hawking emessa da questo buco nero analogico è costituita da onde sonore, piuttosto che onde luminose. Gli atomi di rubidio fluiscono più velocemente della velocità del suono, quindi le onde sonore non possono raggiungere l'orizzonte degli eventi e sfuggire dal buco nero. Al di fuori dell'orizzonte degli eventi, però, il gas scorre lentamente, così le onde sonore possono muoversi liberamente.

"Il rubidio scorre veloce, più veloce della velocità del suono, e questo significa che il suono non può andare controcorrente, "Spiegò Steinhauer. "Diciamo che stavi cercando di nuotare contro corrente. Se questa corrente sta andando più veloce di quanto tu possa nuotare, allora non puoi andare avanti, sei respinto perché il flusso si muove troppo velocemente e nella direzione opposta, quindi sei bloccato. Ecco come sarebbe essere bloccati in un buco nero e cercare di raggiungere l'orizzonte degli eventi dall'interno".

Secondo le previsioni di Hawking, la radiazione emessa dai buchi neri è spontanea. In uno dei loro studi precedenti, Steinhauer e i suoi colleghi sono stati in grado di confermare questa previsione nel loro buco nero artificiale. Nel loro nuovo studio, hanno deciso di indagare se anche la radiazione emessa dal loro buco nero è stazionaria (cioè, se rimane costante nel tempo).

"Un buco nero dovrebbe irradiarsi come un corpo nero, che è essenzialmente un oggetto caldo che emette una radiazione infrarossa costante (cioè, radiazione del corpo nero), " ha detto Steinhauer. " Hawking ha suggerito che i buchi neri sono proprio come le stelle regolari, che irradiano continuamente un certo tipo di radiazione, costantemente. Questo è ciò che volevamo confermare nel nostro studio, e l'abbiamo fatto".

La radiazione di Hawking è composta da coppie di fotoni (cioè, particelle di luce):una che emerge da un buco nero e un'altra che vi ricade. Quando si cerca di identificare la radiazione di Hawking emessa dal buco nero analogico che hanno creato, Steinhauer e i suoi colleghi hanno quindi cercato coppie simili di onde sonore, uno che esce dal buco nero e uno che si muove dentro. Una volta identificate queste coppie di onde sonore, i ricercatori hanno cercato di determinare se esistessero le cosiddette correlazioni tra di loro.

"Abbiamo dovuto raccogliere molti dati per vedere queste correlazioni, " ha detto Steinhauer. "Abbiamo così preso 97, 000 ripetizioni dell'esperimento; un totale di 124 giorni di misurazione continua."

Globale, i risultati sembrano confermare che la radiazione emessa dai buchi neri è stazionaria, come previsto da Hawking. Sebbene questi risultati si applichino principalmente al buco nero analogico che hanno creato, studi teorici potrebbero aiutare a confermare se possono essere applicati anche a veri buchi neri.

"Il nostro studio solleva anche importanti questioni, perché abbiamo osservato l'intera vita del buco nero analogico, il che significa che abbiamo anche visto come è iniziata la radiazione di Hawking, "Ha detto Steinhauer. "Negli studi futuri, si potrebbe provare a confrontare i nostri risultati con le previsioni di ciò che accadrebbe in un vero buco nero, per vedere se la "vera" radiazione di Hawking inizia dal nulla e poi si accumula, come abbiamo osservato».

Ad un certo punto durante gli esperimenti dei ricercatori, la radiazione che circonda il loro buco nero analogico è diventata molto forte, poiché il buco nero ha formato quello che è noto come "orizzonte interno". Oltre all'orizzonte degli eventi, La teoria della relatività generale di Einstein prevede l'esistenza di un orizzonte interno, un raggio all'interno dei buchi neri che delinea un'ulteriore regione più vicina al suo centro.

Nella regione all'interno dell'orizzonte interno l'attrazione gravitazionale è molto più bassa, così gli oggetti possono muoversi liberamente e non sono più tirati verso il centro del buco nero. Eppure non sono ancora in grado di lasciare il buco nero, poiché non possono passare attraverso l'orizzonte interno nella direzione opposta (cioè, verso l'orizzonte degli eventi).

"Essenzialmente, l'orizzonte degli eventi è la sfera esterna di un buco nero, e al suo interno, c'è una piccola sfera chiamata orizzonte interno, " disse Steinhauer. "Se cadi attraverso l'orizzonte interiore, allora sei ancora bloccato nel buco nero, ma almeno non senti la strana fisica di essere in un buco nero. Saresti in un ambiente più "normale", poiché l'attrazione di gravità sarebbe inferiore, così non lo sentiresti più."

Alcuni fisici hanno previsto che quando un buco nero analogico forma un orizzonte interno, la radiazione che emette diventa più forte. interessante, questo è esattamente quello che è successo nel buco nero analogico creato dai ricercatori del Technion. Questo studio potrebbe quindi ispirare altri fisici a studiare l'effetto della formazione di un orizzonte interno sull'intensità della radiazione di Hawking di un buco nero.

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