Se ti immergessi in un buco nero (qualcosa che non raccomanderemmo), probabilmente troverai una singolarità, o un punto infinitamente piccolo e denso, al centro. O questo è quello che i fisici hanno sempre pensato.
Ma ora una coppia di scienziati suggerisce che alcuni buchi neri potrebbero non essere affatto buchi neri. Invece, possono essere strani oggetti pieni zeppi di energia oscura - la misteriosa forza che si pensa spinga ai limiti dell'universo, facendolo espandere ad un ritmo sempre crescente.
"Se quelli che pensavamo fossero buchi neri sono in realtà oggetti senza singolarità, allora l'espansione accelerata del nostro universo è una conseguenza naturale della teoria della relatività generale di Einstein", ha affermato Kevin Croker, astrofisico dell'Università delle Hawaii a Mānoa.
Croker e un collega descrivono questa idea in un nuovo studio, pubblicato online il 28 agosto sull'Astrophysical Journal. Se hanno ragione, e la singolarità nel cuore di un buco nero potrebbe essere sostituita da una strana energia che separa tutto, ciò potrebbe rivoluzionare il modo in cui pensiamo a questi oggetti densi.
Il duo non era fuori per scoprire cosa c'era dentro un buco nero. Croker e Joel Weiner, professore emerito di matematica nella stessa università, stavano esaminando le equazioni di Friedmann, che sono semplificate dalla teoria della relatività generale di Einstein. (La relatività descrive come la massa e l'energia deformano lo spazio-tempo.) I fisici usano le equazioni di Friedmann per descrivere l'espansione dell'universo, in parte perché la matematica è più semplice rispetto al corpo di equazioni di Einstein che descrive la relatività. Il team ha scoperto che, per scrivere correttamente le equazioni di Friedmann, le regioni di spazio ultra-isolate e isolate, come le stelle di neutroni e i buchi neri, dovevano essere trattate nello stesso modo matematico di tutte le altre aree. In precedenza, i cosmologi ritenevano ragionevole ignorare i dettagli interni delle regioni ultra-radenti e isolate, come l'interno di un buco nero.
"Abbiamo dimostrato che esiste solo un modo per farlo correttamente", ha detto Croker a Live Science. "E se lo fai in un modo, che è il modo corretto di farlo, trovi alcune cose interessanti."
I nuovi risultati suggeriscono che tutta l'energia oscura richiesta per l'espansione accelerata dell'universo potrebbe essere contenuta in queste alternative ai buchi neri. I ricercatori hanno scoperto questo in matematica, dopo aver corretto il modo di scrivere le equazioni di Friedmann. E in un articolo di follow-up presentato a The Astrophysical Journal e pubblicato il 7 settembre sulla rivista di prestampa arXiv, hanno mostrato che queste alternative ai buchi neri, chiamate Generic Objects of Dark Energy (GEODE), potrebbero anche aiutare a spiegare le peculiarità della gravità- osservazioni d'onda del 2016.
La matematica delle equazioni di Friedmann ha mostrato che nel tempo questi oggetti ultra-densi aumentano di peso semplicemente a causa dell'espansione dell'universo, anche quando non c'è materiale nelle vicinanze da consumare. Proprio come la luce che viaggia attraverso lo spazio in espansione perde energia - un effetto noto come spostamento verso il rosso - anche la materia perde peso quando lo spazio si espande. L'effetto è di solito così piccolo che non può essere visto. Ma in materiale ultradenso con pressioni molto forti all'interno, noto come materiale relativistico, l'effetto diventa evidente. L'energia oscura è molto relativistica e la sua pressione agisce in modo opposto alla materia normale e alla luce, quindi gli oggetti fatti con essa (come questi ipotetici GEODE) aumentano di peso nel tempo.
"La luce è una specie di cosa strana. Si comporta in modo controintuitivo, in molti modi", ha detto Croker. "La gente non si aspettava che questo comportamento potesse essere esposto anche in altri oggetti. Ma abbiamo dimostrato, sì, puoi vederlo in un altro oggetto", vale a dire all'interno di GEODE.
I GEODE furono proposti per la prima volta come un'idea negli anni '60, ma la matematica che li sosteneva fu risolta solo di recente. Ma si scopre che questi strani oggetti potrebbero anche fornire una semplice spiegazione per le grandi fusioni osservate di buchi neri. Nel 2016, i membri della collaborazione del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -Virgo hanno annunciato di aver avuto le prime osservazioni di una fusione del buco nero, ma le masse calcolate dei presunti buchi neri erano inaspettate - gli scienziati si aspettavano che le masse fossero o molto più in alto o più in basso.
Ma i GEODE, a differenza dei tradizionali buchi neri, aumentano di peso nel tempo. Se alla fine si fossero scontrati due GEODE che si erano formati nell'universo più giovane, sarebbero diventati più grandi dei tipici buchi neri. A quel punto, le masse dei GEODE corrisponderebbero alle masse osservate nella collisione osservata da LIGO-Vergine. Invece di dover concepire una situazione altamente specifica che ha portato alla fusione, GEODE potrebbe fornire una soluzione più semplice per spiegare le osservazioni.
Tuttavia, non tutti gli scienziati sono convinti. La nuova descrizione di questi oggetti è "controintuitiva e difficile da digerire", ha detto a Live Science in una e-mail Vitor Cardoso, professore di fisica all'Instituto Superior Técnico di Lisbona, in Portogallo, che non era coinvolto nello studio. Ma, ha aggiunto, "Mi piace l'idea di trovare alternative ai buchi neri - ci costringe a rafforzare il paradigma del buco nero. Inoltre, a volte è difficile trovare cose se non le cerchiamo".
