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Mentre la teoria della relatività di Einstein prevede che alcuni buchi neri possano formarsi solo dalla luce, i fisici sottolineano che un fenomeno quantistico chiamato effetto Schwinger impedisce che ciò accada. La quantità di luce necessaria per formare questi oggetti, chiamati “kugelblitz”, produrrebbe coppie di elettroni e positroni che alla fine dissiperebbero l’energia della loro fonte, impedendo così alla luce di collassare su se stessa per formare un buco nero.
I Kugelblitz sono ipotetici buchi neri formati da energia luminosa, non da materia. Secondo la teoria della relatività generale, se una quantità sufficiente di radiazione elettromagnetica occupa un’area, l’energia generata può distorcere lo spazio-tempo e formare un buco nero. In questa visione, nella curvatura dello spaziotempo è coinvolta solo l’energia, non la massa.
Questi buchi neri generati dalla luce sono stati studiati teoricamente per diversi decenni. Sono stati esplorati, ad esempio, nella teoria della censura cosmica, nell’evaporazione dei “buchi bianchi”, nella materia oscura e persino come mezzo per promuovere i viaggi interstellari. La censura cosmica è un’ipotesi che propone che non esista alcun processo fisico che porti a una “nuda singolarità”, cioè una regione dello spazio in cui il campo gravitazionale assume valori infiniti. I buchi bianchi, dal canto loro, sono oggetti ipotetici che si formano alla fine della vita di un buco nero, quando “evapora”.
Tuttavia, nessuno degli studi precedenti teneva conto degli effetti della meccanica quantistica. Secondo i ricercatori dell’Università Complutense di Madrid, dell’Università di Waterloo e del Perimeter Institute for Theoretical Physics (in Canada), questi effetti potrebbero svolgere un ruolo cruciale nella possibilità o meno della formazione di Kugelblitz. Hanno esplorato la questione come parte di un nuovo studio pre-rilascio sulla piattaforma arXiv.
L’effetto si applica principalmente ai piccoli buchi neri
Secondo il nuovo gruppo di studio, la formazione di kugelblitz sarebbe semplicemente impossibile nelle attuali condizioni dell’universo, sia in natura che in laboratorio (anche con i laser più potenti che possano essere progettati). In effetti, un’ipotetica configurazione di un kugelblitz comporterebbe una radiazione elettromagnetica così potente da indurre l’effetto Schwinger. Ciò si verifica quando un campo elettromagnetico si intensifica in una piccola regione dello spazio e provoca spontaneamente la comparsa di coppie di elettroni e positroni (la particella di antimateria corrispondente a un elettrone).
Tuttavia, la formazione di queste coppie di particelle e antiparticelle sottrae energia alla sorgente luminosa mentre questa si allontana da essa. Ciò impedisce alla luce di condensarsi abbastanza da formare un buco nero. Più precisamente, la produzione di coppie elettrone-positrone in un intenso campo elettromagnetico viene gradualmente dominata dall’effetto Schwinger. ” Questo fenomeno ostacola la formazione di Kugelblitz, perché le particelle formate possono disperdersi al di fuori della regione in cui la radiazione collassa, portando con sé la loro energia », spiegano i ricercatori nel loro documento. Secondo loro, questo effetto ostacolerebbe la formazione del Kugelblitz prima che la struttura inneschi il processo di collasso gravitazionale insito nella formazione dei buchi neri.
I ricercatori sottolineano che questa regola vale soprattutto per i piccoli buchi neri, il cui raggio varia tra 100.000 e 10 chilometri.-29 metro (diversi miliardi di volte più piccoli di un protone). Considerata la portata, ritengono che lo scenario dell’effetto Schwinger sia sufficientemente realistico.
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L’unica eccezione possibile è l’universo primordiale, quando lo spaziotempo nel suo insieme si comportava in modo radicalmente diverso da come si comporta oggi. Gli esperti ritengono che questa differenza possa consentire la formazione di kugelblitz. Inoltre, non si può escludere la possibilità che si formino buchi neri da materia la cui crescita è indotta dalla luce.
Tuttavia, questa luce scomparirà completamente quando attraverserà l’orizzonte degli eventi. Ciò significa anche che se i kugelblitz si fossero effettivamente formati nell’universo primordiale, non ci sarebbe modo di distinguerli dai normali buchi neri. Sebbene siano necessarie conferme sperimentali e osservative, questo tipo di analisi è importante per individuare alternative realistiche agli strani fenomeni previsti dalla relatività.