Dopo oltre cinquant’anni dalla sua formulazione, il teorema di Stephen Hawking sui buchi neri ha ricevuto una conferma sperimentale senza precedenti. La recente osservazione della fusione GW250114, avvenuta a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra, ha permesso agli scienziati di verificare che l’area dell’orizzonte degli eventi del buco nero risultante è maggiore della somma di quelli originari, esattamente come previsto nel 1971 da Hawking.
L’evento è stato catturato dai rivelatori del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti, insieme a Virgo in Italia, KAGRA in Giappone e GEO600 in Germania, componenti della collaborazione internazionale LVK (LIGO-Virgo-KAGRA).
Il legame con la termodinamica
Il teorema di Hawking è strettamente legato alla seconda legge della termodinamica. L’idea centrale è che l’entropia, o disordine, non può diminuire: analogamente, quando due buchi neri si fondono, il nuovo orizzonte degli eventi non può essere più piccolo della somma dei precedenti.
Le fusioni dei buchi neri producono onde gravitazionali, minuscole fluttuazioni dello spaziotempo che viaggiano alla velocità della luce. Grazie alla maggiore sensibilità dei rivelatori attuali – tre volte superiore rispetto al 2015 – la collisione GW250114 ha fornito dati dettagliatissimi, consentendo ai fisici di testare la teoria con un livello di confidenza del 99,999%.
Onde gravitazionali e rilevazioni precise
La fusione GW250114 ha coinvolto buchi neri con masse tra 30 e 40 volte quella del Sole. L’evento è stato due volte più intenso di qualsiasi onda gravitazionale rilevata fino ad oggi, permettendo di osservare rilassamenti e risonanze del buco nero risultante, fenomeni che prima erano solo teorici.
Alessandra Buonanno, direttrice del Max Planck Institute for Gravitational Physics, ha dichiarato: “Non solo abbiamo eseguito i controlli più rigorosi della relatività generale, ma per la prima volta abbiamo vincolato un terzo tono più acuto nella risonanza ad anello del buco nero GW250114.”
Conferma delle equazioni di Kerr
Oltre alla verifica del teorema di Hawking, i dati hanno permesso di confermare le equazioni di Roy Kerr, secondo cui i buchi neri possono essere descritti completamente da due sole caratteristiche: massa e momento angolare. In altre parole, due buchi neri con identica massa e stesso momento angolare sono matematicamente indistinguibili.
Le osservazioni di GW250114 hanno confermato questa previsione, fornendo ulteriori prove a supporto della relatività generale e della comprensione della fisica dei buchi neri.
Un traguardo storico per l’astrofisica
Dal 2015, anno della prima rilevazione di onde gravitazionali, sono state osservate circa 300 fusioni di buchi neri. Tuttavia, nessuna ha fornito dati così dettagliati come GW250114, rendendo questa osservazione una pietra miliare nella fisica moderna.
La conferma sperimentale del teorema di Hawking non solo risolve un quesito scientifico rimasto aperto per mezzo secolo, ma apre nuove prospettive nello studio della dinamica dei buchi neri, delle onde gravitazionali e della struttura dell’universo stesso.
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