La relatività generale è una teoria matematica profondamente complessa, ma la sua descrizione dei buchi neri è incredibilmente semplice. Un buco nero stabile può essere descritto da tre sole proprietà: la sua massa, la sua carica elettrica e la sua rotazione o rotazione. Poiché è probabile che i buchi neri non abbiano molta carica, in realtà bastano solo due proprietà. Se si conosce la massa e lo spin di un buco nero, si sa tutto quello che c’è da sapere sul buco nero.
Questa proprietà è spesso riassunta dalla teorema del non capello. In particolare, il teorema afferma che una volta che la materia cade in un buco nero, l’unica caratteristica che rimane è la massa. Si potrebbe creare un buco nero con l’idrogeno di un Sole, le sedie, o quelle vecchie copie di National Geographic dalla soffitta della nonna, e non ci sarebbe stata alcuna differenza. La massa è massa per quanto riguarda la relatività generale. In ogni caso l’orizzonte degli eventi di un buco nero è perfettamente liscio, senza ulteriori caratteristiche. Come diceva Jacob Bekenstein, i buchi neri non hanno capelli.
Ma con tutto il suo potere predittivo, la relatività generale ha un problema con la teoria quantistica. Questo è particolarmente vero per i buchi neri. Se il teorema dei buchi neri è corretto, l’informazione contenuta in un oggetto viene distrutta quando attraversa l’orizzonte degli eventi. La teoria quantistica dice che l’informazione non può mai essere distrutta. Quindi la valida teoria della gravità è contraddetta dalla valida teoria dei quanti. Questo porta a problemi come il paradosso del firewall, che non riesce a decidere se l’orizzonte di un evento debba essere caldo o freddo.
Per risolvere questa contraddizione sono state proposte diverse teorie, spesso con estensioni alla relatività. Ma la differenza tra la relatività standard e queste teorie modificate può essere vista solo in situazioni estreme, rendendole difficili da studiare in modo osservativo. Ma un nuovo lavoro in Lettere di revisione fisica mostra come potrebbero essere studiati attraverso la rotazione di un buco nero.
Molte teorie della relatività modificate hanno un parametro in più che non si vede nella teoria standard. Conosciuto come campo scalare senza massa, permette al modello di Einstein di connettersi con la teoria quantistica in modo non contraddittorio. In questo nuovo lavoro, il team ha esaminato come un tale campo scalare si connette alla rotazione di un buco nero. Hanno scoperto che a rotazioni basse, un buco nero modificato è indistinguibile dal modello standard, ma a rotazioni elevate il campo scalare permette ad un buco nero di avere caratteristiche extra. In altre parole, in questi modelli alternativi, i buchi neri a rotazione rapida possono avere dei peli.
Gli aspetti pelosi dei buchi neri rotanti si vedrebbero solo vicino all’orizzonte dell’evento stesso, ma influirebbero anche sulla fusione dei buchi neri. Come sottolineano gli autori, i futuri osservatori delle onde gravitazionali dovrebbero essere in grado di utilizzare i buchi neri rotanti rapidi per determinare se è valida un’alternativa alla relatività generale.
La teoria della relatività generale di Einstein ha superato finora ogni sfida osservazionale, ma probabilmente si romperà negli ambienti più estremi dell’universo. Studi come questo mostrano come potremmo essere in grado di scoprire la teoria che viene dopo.
Riferimento: Alexandru Dima, et al. “Scalatura spontanea del buco nero indotta dalla rotazione.” Lettere di revisione fisica 125.23 (2020): 231101.