Un buco nero potrebbe dividersi in due, ma solo in condizioni molto restrittive: secondo un nuovo studio teorico, la possibilità potrebbe restare aperta per buchi neri che ruotano quasi alla massima velocità consentita dalle leggi della fisica. I calcoli non dimostrano che una simile scissione avvenga davvero: indicano soltanto che, in alcuni scenari, non è del tutto esclusa.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Physical Review D, esamina quali leggi fisiche rendano difficile la frammentazione e in quali circostanze potrebbero permetterla. «La nostra analisi chiarisce il quadro teorico entro cui i buchi neri potrebbero frammentarsi, un aspetto particolarmente rilevante per i buchi neri primordiali e per eventi catastrofici come le fusioni di buchi neri», osservano gli autori.
Uno degli ostacoli è l’entropia, una misura di quante configurazioni microscopiche può avere un sistema pur apparendo uguale dall’esterno. Per un buco nero non rotante, l’entropia cresce con il quadrato della massa. Se il buco nero si dividesse in due oggetti più piccoli con la stessa massa complessiva, l’entropia totale diminuirebbe: dal punto di vista della termodinamica, il processo sarebbe quindi sfavorevole.
«Nel nostro studio analizziamo quali leggi fisiche impediscono normalmente a un buco nero di dividersi in due. Esaminiamo anche se, in determinate circostanze, la scissione possa avvenire», ha dichiarato Francesco Sannino, coautore dello studio e professore di fisica all’Università degli Studi di Napoli Federico II.
La rotazione può modificare il rapporto tra massa, momento angolare — la quantità che descrive la rotazione — ed entropia di un buco nero. Per questo, nei buchi neri che ruotano rapidamente, la frammentazione potrebbe essere meno sfavorevole che in quelli non rotanti. La rotazione dei buchi neri può essere studiata attraverso le osservazioni, ma superare l’ostacolo dell’entropia non è sufficiente: i due oggetti risultanti dovrebbero anche avere energia e quantità di moto abbastanza grandi da allontanarsi, invece di ricadere l’uno verso l’altro. Considerato anche questo requisito, la scissione potrebbe essere possibile soltanto per buchi neri che ruotano vicino al limite massimo.
Se avvenisse, si dividerebbe anche l’orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale la luce non può sfuggire. Nel tempo, la geometria del processo ricorderebbe un paio di pantaloni, con una sezione che si biforca in due: da qui il termine «topologie a forma di pantaloni» usato nello studio.
I ricercatori hanno considerato anche scenari più esotici, con dimensioni spaziali aggiuntive e teorie della gravità che vanno oltre la relatività generale di Einstein. In alcune teorie con più dimensioni, oggetti simili ai buchi neri, chiamati stringhe nere, possono diventare instabili e frammentarsi. In certe condizioni, la scissione può risultare favorevole dal punto di vista termodinamico, soprattutto se uno dei frammenti è molto più piccolo dell’altro.
Un bilancio entropico favorevole, però, non prova che la frammentazione avverrà: i calcoli individuano condizioni possibili, ma non un meccanismo confermato che consenta ai normali buchi neri di dividersi. «Non siamo ancora in grado di indicare una probabilità unica che un buco nero si scinda. Dipende da come si comporta la gravità al di là della teoria di Einstein e stiamo lavorando per quantificarlo», ha detto Sannino.
Secondo il ricercatore, i piccoli buchi neri primordiali potrebbero essere più inclini a scindersi rispetto ai buchi neri astrofisici molto più grandi. «Potremmo rilevare indirettamente una scissione: telescopi per raggi gamma come Fermi-LAT possono cercare segnali provenienti da frammenti di buchi neri minuscoli, che potrebbero formarsi durante le fusioni», ha aggiunto.
Il prossimo passo sarà stimare la probabilità di frammentazione secondo diversi modelli della gravità. Eventuali tracce di piccoli buchi neri primordiali potrebbero offrire un modo indiretto per indagare il fenomeno. Per ora, lo studio descrive una possibilità teorica in condizioni restrittive, ma non dimostra che un buco nero si sia mai diviso in due. note
Fonte: interestingengineering.com
