Stephen Hawking aveva ragione: i buchi neri possono evaporare

Nel 1974, Stephen Hawking fece una delle sue predizioni più famose: i buchi neri potrebbero finalmente evaporare. Secondo la teoria di Hawking, i buchi neri non sono perfettamente “neri”. Invece, emettono particelle. Questa radiazione, secondo gli scienziati, potrebbe alla fine attirare energia e massa dai buchi neri per farli sparire. La teoria è ampiamente accettata come vera, ma era quasi impossibile da dimostrare.

Per la prima volta, tuttavia, i fisici sono riusciti a mostrare le radiazioni indescrivibili di Hawking, almeno in laboratorio. Sebbene le radiazioni di Hawking siano troppo deboli per essere rilevate nello spazio dai nostri strumenti attuali, i fisici hanno già visto le radiazioni in un buco nero analogico creato utilizzando le onde sonore e parte della materia più fredda e strana dell’universo.

I buchi neri esercitano una forza gravitazionale incredibilmente potente che nemmeno un fotone, viaggiando alla velocità della luce, potrebbe sfuggire. Mentre il vuoto dello spazio è generalmente visto come vuoto, appunto, l’incertezza della meccanica quantistica determina che il vuoto è pieno di particelle virtuali che entrano ed escono dall’esistenza in coppie materia-antimateria.

Di solito, dopo che un paio di particelle virtuali appaiono, si annichiliscono immediatamente. Accanto a un buco nero, invece, le estreme forze di gravità separano invece le particelle, con una particella assorbita dal buco nero, mentre l’altra viene sparata nello spazio.

La particella assorbita ha energia negativa, che riduce l’energia e la massa del buco nero. Inghiottendo abbastanza particelle virtuali, il buco nero finirà per evaporare. La particella che sfugge è conosciuta come radiazione di Hawking. Questa radiazione è troppo debole ed è impossibile osservarla realmente nello spazio.

Lo studio

Il fisico Jeff Steinhauer ed i suoi colleghi del Technion – Israel Institute of Technology di Haifa hanno usato un gas estremamente freddo chiamato condensato di Bose-Einstein per modellare l’orizzonte degli eventi di un buco nero, il confine invisibile oltre il quale nulla può sfuggire. In un flusso di questo gas, hanno creato una “cascata” di gas. Mentre il gas scorreva sopra di essa, trasformava l’energia potenziale in energia cinetica in un flusso più veloce della velocità del suono.

Invece di particelle di materia e antimateria, i ricercatori hanno usato coppie di fononi, o onde sonore quantiche, nel flusso di gas. Il fotone sul lato lento era in grado di viaggiare contro il flusso di gas, lontano dalla cascata, mentre il fotone sul lato veloce non poteva rimanere intrappolato dal “buco nero” del gas supersonico. “È come se stessi cercando di nuotare contro una corrente più veloce di quanto potessi nuotare“, ha detto Steinhauer. “Questo è analogo a un fotone in un buco nero che cerca di uscire, ma viene trascinato dalla gravità nel modo sbagliato“.

Hawking predisse che la radiazione delle particelle emesse sarebbe in uno spettro continuo di lunghezze d’onda ed energie. Il fisico disse anche che poteva essere descritto da una singola temperatura che dipendeva solo dalla massa del buco nero. L’esperienza recente ha confermato entrambe le previsioni nel buco nero sonico.

Questo studio è un passo su un lungo processo. D’altra parte, questo studio non ha mostrato le coppie di fononi da correlare a livello quantico, che è un altro aspetto importante delle previsioni di Hawking.