onda gravitazionale L’astronomia ci ha appena fatto un altro grande dono: il primo Guardando Una conferma di Stephen Hawkingprevisioni su buchi neri.

L’analisi della prima rilevazione di onde gravitazionali effettuata nel 2015, GW150914, ha confermato la teoria della regione di Hawking. Afferma che sotto la fisica classica, l’area dell’orizzonte degli eventi di un buco nero può solo crescere e mai rimpicciolirsi.

Il lavoro ci offre un nuovo strumento per esaminare questi misteri e per testare i limiti della nostra comprensione dell’universo.

“È possibile che ci sarà uno zoo di diversi oggetti compatti, e mentre alcuni sono buchi neri che seguono le leggi di Einstein e Hawking, altri potrebbero essere mostri leggermente diversi”. L’astrofisico Maximiliano Essi ha detto: dal Kavli Institute for Astrophysics and Space Research presso il Massachusetts Institute of Technology.

“Quindi, non è che ho fatto questo test una volta ed è finito. L’ho fatto una volta, e questo è l’inizio.”

Hawking ha proposto per la prima volta la sua teoria nel 1971. Ha predetto che la superficie dell’orizzonte degli eventi di un buco nero non dovrebbe mai diminuire, ma solo aumentare.

L’orizzonte degli eventi non è il buco nero in sé, ma il raggio al quale la velocità della luce nel vuoto è insufficiente per raggiungere la velocità di fuga dal campo gravitazionale generato dalla singolarità del buco nero. proporzionale alla massa del buco nero. Perché i buchi neri possono solo guadagnare massa, sotto relatività generale, l’orizzonte degli eventi dovrebbe essere solo in grado di crescere.

(Questo modello di solo incremento è anche stranamente simile a un altro teorema, la seconda legge di Termodinamica. Afferma che l’entropia – la progressione dall’ordine al caos nell’universo – può solo aumentare. Anche ai buchi neri viene attribuita l’entropia e direttamente proporzionale alla loro superficie dell’orizzonte degli eventi.)

Computazionalmente, la teoria della regione è realizzata, ma è difficile confermarla da un punto di vista osservativo – principalmente perché è molto difficile osservare direttamente i buchi neri, perché non emettono alcuna radiazione rilevabile. Ma poi, abbiamo scoperto increspature gravitazionali che si propagano nello spazio-tempo a seguito di una collisione tra due di questi oggetti misteriosi.

Questo era GW150914, il riassunto Bloop Dalla collisione registrata dall’interferometro LIGO è cambiato tutto. Questa è stata la prima scoperta diretta non di uno, ma di due buchi neri. Insieme, hanno formato un buco nero più grande.

Poi questo buco nero rimbombò debolmente, come una campana suonata. Nel 2019, Isi e i suoi colleghi hanno scoperto come rilevare il segnale di questa risonanza. Ora l’hanno decodificato e decifrato per calcolare la massa e lo spin del buco nero finale.

Hanno anche condotto una nuova analisi del segnale di fusione per calcolare la massa e la rotazione dei buchi neri precedentemente uniti. Poiché la massa e la rotazione sono correlate alla regione dell’orizzonte degli eventi, ciò ha permesso loro di calcolare gli orizzonti degli eventi per tutti e tre gli oggetti.

Se l’orizzonte degli eventi può ridursi di dimensioni, allora l’orizzonte degli eventi del buco nero finale unito deve essere più piccolo di quello dei due buchi neri che ha creato. Secondo i loro calcoli, i due buchi neri più piccoli avevano un’area totale dell’orizzonte degli eventi di 235.000 chilometri quadrati (91.000 miglia quadrate). Il buco nero finale ha un’area di 367.000 chilometri quadrati.

“I dati mostrano con una sicurezza schiacciante che l’area dell’orizzonte è aumentata dopo la fusione e che la legge dell’area è soddisfatta con un’altissima probabilità”, Issa ha detto.

“È stato un sollievo che il nostro risultato concordasse con il modello che ci aspettiamo e conferma la nostra comprensione delle complesse fusioni di buchi neri”.

Almeno a breve termine. Sotto la meccanica quantistica – che non si adatta bene alla fisica classica – Hawking in seguito predisse che per periodi di tempo molto lunghi, i buchi neri avrebbero dovuto perdere massa sotto forma del tipo di radiazione del corpo nero che ora chiamiamo Radiazione di Hawking. Quindi l’orizzonte degli eventi di un buco nero potrebbe ancora ridursi.

Ovviamente, questo dovrà essere studiato più da vicino in futuro. Nel frattempo, Isi e il lavoro del suo team ci hanno fornito una nuova cassetta degli attrezzi per verificare altre osservazioni di onde gravitazionali, nella speranza di ottenere maggiori informazioni sui buchi neri e sulla fisica dell’universo.

“È incoraggiante poter pensare in modi nuovi e innovativi ai dati delle onde gravitazionali e porre domande che pensavamo di non poter fare prima”, Issa ha detto.

“Possiamo continuare a estrarre bit di informazioni che parlano direttamente ai substrati di ciò che pensiamo di capire. Un giorno, questi dati potrebbero rivelare qualcosa che non ci aspettavamo”.

La ricerca è stata pubblicata in messaggi di revisione fisica.