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Che due buchi neri possano scontrarsi e fondersi in un unico oggetto è ormai un fatto noto, ma il percorso inverso è sempre sembrato fuori discussione. Un nuovo studio teorico apre invece uno spiraglio inatteso e suggerisce che un buco nero potrebbe davvero dividersi in due, a patto di trovarsi in condizioni estreme. Al centro di tutto c’è una rotazione vertiginosa, capace di aggirare le leggi fisiche che di norma tengono insieme questi giganti cosmici.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review D con un titolo piuttosto curioso, “When Black Holes Admit Pair of pants Topologies”, e analizza proprio quei principi che impediscono a un buco nero di spezzarsi. Tra gli autori figura Francesco Sannino, professore di fisica all’Università di Napoli Federico II e al Quantum Field Theory Center della University of Southern Denmark. “Nel nostro studio indaghiamo quali leggi fisiche normalmente impediscono a un buco nero di dividersi in due. Verifichiamo anche se certe circostanze possano permettere una scissione”, spiega lo scienziato. Al lavoro hanno partecipato anche Giacomo Cacciapaglia, ricercatore del CNRS francese presso il Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Énergies di Parigi, laboratorio congiunto tra CNRS e Sorbonne Université, insieme a Manuel Del Piano e Vania Vellucci del centro danese.
Perché un buco nero di solito resta intero
Il primo vero ostacolo arriva dalla termodinamica, la branca della fisica che descrive il comportamento dell’energia e l’evoluzione dei sistemi. Il concetto chiave è l’entropia, cioè il numero di configurazioni microscopiche che un sistema può assumere pur apparendo identico dall’esterno. Anche i buchi neri possiedono un’entropia e questa caratteristica pone limiti precisi a ciò che può succedere loro.
Per un buco nero che non ruota, separarsi in due oggetti più piccoli significherebbe ridurre l’entropia complessiva. Un processo del genere risulta sfavorevole dal punto di vista termodinamico ed è proprio questo a spiegare perché i buchi neri normalmente non si frammentano. Le cose però cambiano parecchio quando la velocità di rotazione diventa eccezionalmente alta. Secondo i calcoli del gruppo, una rotazione estrema potrebbe creare una piccola apertura nelle regole e consentire, almeno in linea di principio, di superare il consueto vincolo termodinamico.
C’è però un secondo problema da non sottovalutare. Anche ammettendo la scissione, i due oggetti nati dal processo dovrebbero allontanarsi abbastanza da non ricadere subito l’uno sull’altro. “Quando includiamo questo requisito la finestra in gran parte si richiude, tranne forse per i buchi neri che ruotano vicino al loro limite massimo”, precisa Sannino. Il titolo dello studio richiama poi la forma che l’orizzonte degli eventi disegnerebbe nello spaziotempo durante la separazione. Si partirebbe da una struttura unica che si apre in due rami distinti, un po’ come un paio di pantaloni con la parte superiore che si biforca in due gambe.
Dimensioni extra e la caccia ai frammenti
I ricercatori hanno esplorato anche scenari più insoliti, legati a teorie in cui lo spazio possiede dimensioni aggiuntive oltre alle tre della vita quotidiana. In alcuni di questi modelli sono già stati individuati oggetti simili ai buchi neri che possono diventare instabili e cominciare a spezzarsi. In determinati casi la scissione potrebbe perfino risultare favorevole sul piano termodinamico, soprattutto quando uno dei due frammenti è molto più piccolo dell’altro. Va detto comunque che un processo consentito dalla termodinamica non è per forza un processo che avviene davvero, e resta ancora da stabilire se una frammentazione simile sia fisicamente possibile.
Il gruppo sta ora cercando di capire quanto possano essere probabili eventi del genere, una questione che chiama in causa aspetti della gravità che vanno oltre la teoria di Einstein. “Non possiamo ancora fornire un’unica probabilità per la divisione di un buco nero. Dipende da come si comporta la gravità oltre la teoria di Einstein e stiamo lavorando per quantificarlo. Ci aspettiamo che i piccoli buchi neri primordiali siano più inclini a dividersi rispetto ai buchi neri astrofisici molto più grandi”, racconta Sannino.
Al momento non esiste alcuna osservazione confermata di un buco nero che si divide in due, ma una strada per verificarlo potrebbe esserci. Secondo il fisico la scissione potrebbe essere rilevata in modo indiretto, perché telescopi a raggi gamma come Fermi LAT sono in grado di cercare i segnali lasciati da minuscoli frammenti di buchi neri che potrebbero formarsi durante le fusioni.
Fonte: TecnoAndroid