Big Bang e buchi neri

Nikodem Poplawski

Non scrivendo da un bel po', ho deciso che forse un post sprint fatto soprattutto di link potrebbe anche andare bene in questo periodo. Parto da un'idea ispirata da uno scritto più che altro filosofico: il big bang è un buco nero?
A quanto pare esiste una teoria, sviluppata da Nikodem Poplawski, in particolare nell'articolo Radial motion into an Einstein–Rosen bridge (pdf), che ha destato interesse sia in science.com sia sul National Geographic.
Sull'argomento, comunque, direi che potete dare un'occhiata a una puntata del podcast di Fraser Cain su Universe Today, cui aggiungo The Big Bang, Black Holes, and the evolution of the Universe e Is the Big Bang a black hole?
Buona lettura!

La supernova che diventò buco nero

M100 agli UV. Nel cerchio SN 1979C (2005, immagine Nasa)

Per anticipare la conferenza della Nasa nei dettagli, piuttosto che nella sostanza, bisognava avere non solo tempo, ma anche un certo naso, perché l'articolo cui si riferisce l'annuncio di ieri si trovava su arXiv sin dal dicembre 2009, mentre la sua versione definitiva, che verrà pubblicata ad aprile 2011 su New Astronomy, è stata caricata appena 5 giorni prima della conferenza stampa.
Daniel Patnaude, Abraham Loeb e Christine Jones, dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hanno esaminato i dati raccolti con la spettroscopia a raggi X tra gli anni 1995-2007 dalla zona in cui si trovava la supernova SN 1979C, scoprendo che in effetti, dopo la sua esplosione, il posto della stella è stato preso da un buco nero. Ovviamente i ricercatori restano con i piedi per terra:

Se la nostra interpretazione è corretta, questo è l'esempio più vicino di nascita di un buco nero ad essere stato osservato

La scoperta, in effetti, ha un duplice valore: da un lato l'avere un buco nero a un tiro di schioppo (52 milioni e mezzo di anni luce circa), dall'altro la possibilità di avere dati concreti su una parte della vita delle stelle che fino ad ora ci era preclusa (non dimentichiamo che i dati che ci arrivano si riferiscono a un buco nero di appena trenta anni).
Andiamo, però, con ordine.
Avevo già avuto modo di parlare di singolarità, cioé di buchi neri: sono delle deformazioni dello spaziotempo tali per cui l'unico percorso possibile anche per la luce è una curva che porta al centro del buco nero. La deformazione inizia a far sentire i suoi effetti solo una volta che si supera una ben determinata linea di demarcazione, il così detto orizzonte degli eventi, dell'ordine del raggio di Schwarzschild: \[r_S = 2 G \frac{M}{c^2}\] dove $G$ è la costante di gravitazione universale, $M$ la massa del buco nero, $c$ la velocità della luce.
Il fatto che un buco nero sia un oggetto che non emette praticamente nulla, a parte la flebile radiazione di Hawking, costringe a osservazioni indirette di questo oscuro oggetto spaziale, e il primo modo è sicuramente osservare i moti degli oggetti vicini e da questi dedurre la sua possibile esistenza in un dato punto dello spazio.
Un altro modo è osservare le emissioni nei raggi-X, questo perché in questo modo è possibile osservare flussi di energia e di materia che cadono all'interno del buco nero: è in un certo senso una osservazione quasi diretta, anche perché non è strettamente detto che l'oggetto su cui sta cadendo la materia è effettivamente un buco nero. E proprio grazie alla spettroscopia X che la scoperta di Patnaude, Loeb e Jones è stata possibile, e se vogliamo nemmeno poi così casuale: già nel 2005 si erano notate strane osservazioni in quella zona dello spazio, che risultava particolarmente attiva se osservata ai raggi-X, nonostante la scomparsa, da quasi trenta anni, della SN 1979C.
E ritorniamo al lavoro in pubblicazione: Patnaude e colleghi, dopo aver escluso una magnetar (una stella di neutroni con un campo magnetico particolarmente intenso, milioni di miliardi superiore a quello terrestre) o altre emissioni, dovute ad esempio a particolari getti di vento solare (era una delle ipotesi avanzate nel 2005 per spiegare quelle osservazioni), valutano come unica possibilità che, allo stato attuale, si adatta alle osservazioni un buco nero con una massa di circa 5 masse solari, unito con una piccola componente di raggi-X termici (se ho ben capito, dovrebbero essere radiazioni X generate dagli oggetti vicini al buco nero, o comunque dallo spazio circostante). In effetti un indizio su cosa aspettarsi era già venuto, sempre nel 2005, da un altro trio di ricercatori, Timothy Young, Dean Smith e Tricia Johnson del Nord Dakota, secondo il cui modello si suggeriva la presenza di un buco nero di appena 2 masse solari.
Come vedete, dunque, al di là delle cautele del caso, sempre necessarie, la scienza progredisce con il solito modo: verificare le ipotesi, scartando quelle che male si adattano alle osservazioni e proponendo, invece, quelle che meglio interpretano i dati osservati. In questo caso è il lavoro di Young e soci ad essere stato confermato e ulteriormente migliorato dal gruppo di Patnaude, almeno fino al prossimo esame dei dati osservativi.

Singolarità nuda

Illustrazione di Gavin Potenza

Nella maggior parte dei casi sono le news scientifiche a propormi articoli e combinazioni, o magari qualche articolo pubblicato su qualche blog che seguo, ma a volte è semplicemente il caso che mi fa trovare le idee per gli articoli che vi propongo, come ad esempio per l'equazione di Dirac e quella di Klein-Gordon, quando una semplice segnalazione via e-mail di un seminario divulgativo a Londra è esplosa in un piccolo racconto sulle due equazioni.
Anche l'articolo sulla singolarità nuda di oggi fa parte della categoria caso, e in particolare sono due le fonti/pensieri che lo hanno ispirato.
Da una parte la scoperta del sito The Naked Army!, realizzato da una studentessa (o ricercatrice?) di lettere, dunque una persona seria secondo i canoni comuni, che mi ha fatto nascere il pensiero: ecco che per fare traffico biosgna mettere in mostra il nudo e il corpo femminile e non; come posso fare la stessa cosa?
La risposta è stata immediata: singolarità nuda. Però lo spunto definitivo arriva con l'immagine di presentazione dell'articolo: una Terra che sta cadendo all'interno di una singolarità gravitazionale (da Synaptic Simuli).

Black Holes and Revelations

Cygnus X1

E' stato recentemente scoperto un buco nero supermassiccio: Fabio De Sicot di Caccia al fotone sul suo blog associa con la nota canzone dei Muse la news scientifica. Questo mi ha ispirato il titolo di questo articolo, che è anche il titolo del penumltimo disco del grandissimo gruppo britannico: vi racconto in questo caso della realizzazione in laboratorio di un simil buco nero (e non un buco nero fai da te o anche tascabile come qualcun altro ha proposto).
Di buchi neri in laboratorio molti giornali e televisioni si sono riempiti la bocca all'alba della prima accensione dell'LHC, inondando l'etere dei timori sulla distruzione della Terra ad opera di un mini buco nero che avrebbe potuto essere creato all'interno dell'anello dell'acceleratore di particelle.
D'altra parte ad agosto su Physical Reviews Letters, Nation, Blencowe, Rimberg e Buks, hanno proposto l'uso di un superconduttore per investigare una radiazione analoga a quella di Hwaking.
Nell'articolo i ricercatori mostrano che un campo magnetico pulsante che circonda un reticolo di dispositivi di interferenza superconduttivi, non solo riproduce fisica analoga a quella di una radiazione di un buco nero, ma anche le proprietà quanto-meccaniche in sistemi ben noti che possono essere controllati direttamente in laboratorio.
E recentemente è stato costruito un nuovo dispositivo che imita gli effetti di un buco nero, senza i suoi effetti collaterali.

L'origine di una passione: Hawking e il Big Bang

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Titolo: Dal Big Bang ai buchi neri
Autore: Stephen Hawking
Edizione: Bur

Dire che queso libro è l'origine della passione per la fisica è forse eccessivo, certo è che uno dei semi, una delle tante origini segrete. Tutto inizia al liceo, prima grazie ai professori dell'area scientifica (la professoressa di fisica, quella di chimica e geografia astronomia, quello di matematica - che come la prima è laureato in fisica-matematica, una laurea unica), quindi con la lettura del famoso libro di Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri.
Il testo di Hawking è indubbiamente divulgativo, facilmente leggibile da chiunque, scritto in stile abbastanza colloquiale, e che soprattutto ha accomunato molti fisici della mia generazione. La prosa precisa e al tempo stesso discorsiva di Hawking, il modo accattivante in cui ha descritto una materia ostica come lo spazio, il tempo e l'universo, rendono il libro un ottimo punto di partenza per chiunque voglia avvicinarsi ad argomenti avanzati della fisica, ma che si occupano di qualcosa che ha affascinato da sempre l'uomo: il cielo notturno e le stelle che, come puntini luminosi lontani, lo popolano.
I temi che tocca, poi, sono ampi e uno in particolare, la questione della freccia del tempo, assume un fascino ancora maggiore, visto che riesce a farti immaginare cosa, secondo lui, potrebbe succedere nel caso che tale freccia si invertisse fino al momento del big crunch.
Passeranno anni prima che si ricreda di questa ipotesi, ma certo è molto pittorica e soprattutto indicativa di come una mente analitica e scientifica riesca comunque a immaginare la realtà con lo stesso dettaglio e la stessa fantasia di un artista.
Ancora oggi un capolavoro da leggere, consigliare, regalare.