La strana eco delle onde gravitazionali fa traballare la Relatività?

CRONACA –  “Abbiamo scoperto le onde gravitazionali”. Così il direttore del Ligo, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, Dave Reitze, annunciava lo scorso 11 febbraio al mondo che per la prima volta le onde gravitazionali emesse dalla fusione di due buchi neri supermassivi erano state scoperte. Le vibrazioni dello spazio-tempo sono state annunciate come la prima verifica della teoria della Relatività di Albert Einstein per i buchi neri (ne abbiamo già parlato qui, qui, qui e qui), ma ora un nuovo studio basato sugli stessi dati ha mostrato degli strani echi che potrebbero invece far traballare la teoria.

Mentre la scoperta e la Ligo collaboration negli Stati Uniti, che insieme a Virgo a Cascina, in Italia, ha permesso di rilevare il “cinguettio” delle onde gravitazionali, continua a conquistare premi scientifici come lo Special Breakthrough Prize per la Fisica del 2016, una nuova analisi dati ha individuato nelle misurazioni un’eco che potrebbe indicare che i buchi neri non sono come li abbiamo fino a oggi ipotizzati e che la Relatività non solo non funziona al loro interno, ma nemmeno sui loro confini, cioè sul loro orizzonte degli eventi.

Lo studio, che pone l’attenzione sugli echi rilevati dai dati raccolti, è stato pubblicato sulla rivista ArXiv da Jahed Abedi, della Sharfi University of Technology di Teheran, e Niayesh Afshordi, cosmologo all’Università di Waterloo, in Canada. I ricercatori hanno studiato questi echi, ipotizzando che possano essere il frutto di un effetto quantistico ai bordi dei buchi neri, con l’effetto che la scoperta delle onde gravitazionali si troverebbe così a contraddire proprio la teoria della relatività che le aveva previste.

Si tratta di una teoria che nasce da una prima analisi dei dati di Ligo, analisi basata però su un numero di dati non significativo e che non permette dunque di giungere a conclusioni certe. Se infatti, collezionando altre misurazioni grazie proprio agli interferometri Ligo e Virgo, gli echi si rivelassero dei semplici rumori di fondo, dovuti magari agli strumenti utilizzati, si avrebbe la conferma che l’ipotesi di Abedi e Afshordi è sbagliata e la teoria della relatività ne uscirebbe con una nuova e più forte conferma.

Buchi neri, teoria della relatività ed effetti quantistici

A oggi le certezze della scienza sui buchi neri sono davvero poche. Sappiamo che si tratta di oggetti celesti in cui l’interazione gravitazionale da risucchiare tutta la materia circostante e anche i fotoni, le particelle che veicolano la luce. Nonostante non si abbiano certezze sulla loro struttura, il confine del buco nero viene indicato come orizzonte degli eventi e rappresenta il punto limite da cui nulla può più sfuggire a questi famelici oggetti.

Stando alla relatività generale, tutto ciò che attraversa l’orizzonte degli eventi viene catturato e tutta la materia inglobata si concentra proprio nel nucleo del buco nero, che può dunque essere immaginato come un pozzo senza fondo.

Gli scienziati hanno ipotizzato nel corso degli anni che mentre l’orizzonte degli eventi segue le leggi della relatività, il nucleo di un buco nero obbedisce alle leggi della fisica quantistica. A partire dal 2012 però un altro gruppo di scienziati ha ipotizzato che l’orizzonte degli eventi potrebbe essere considerato con un anello di particelle ad alta energia, chiamato firewall, in grado di disintegrare tutto ciò che è in entrata nel buco nero. Una teoria che, se verificata, contraddirebbe la relatività generale. Se invece i buchi neri sono privi del firewall, allora la teoria quantistica risulta sbagliata.

Onde gravitazionali e quegli strani echi

Il problema dei firewall sembrava destinato a rimanere senza una soluzione, dato che osservare l’orizzonte degli eventi non è possibile, ma con la scoperta delle onde gravitazionali qualcosa lo scorso 14 settembre è cambiato. Dopo l’annuncio della rivelazione delle vibrazioni del tessuto dello spazio-tempo osservate dalla fusione di due buchi neri, alcuni scienziati hanno ipotizzato che se le onde fossero accompagnate da una serie di echi, questo potrebbe implicare l’esistenza di un firewall. Questo perché la struttura dell’orizzonte degli eventi avrebbe un “limite” in grado di intrappolare o meno non solo il fotone, che riuscirebbe nella fuga a seconda dell’angolo di incidenza, ma anche le onde gravitazionali rilasciate dalla fusione.

Abendi e Afshordi hanno così realizzato un modello del fenomeno immaginando il buco nero circondato da pareti a specchio, piuttosto che da un orizzonte degli eventi “convenzionale”, e hanno applicato il modello ai dati raccolti da Ligo, individuando gli intervalli di tempo a cui sarebbero stati osservati gli echi. Quegli strani echi che, stando al loro modello, avrebbero osservato ai tempi stabiliti.

La teoria della relatività traballa? I dati non possono ancora dirlo

Che la scoperta delle onde gravitazionali aprisse la strada ad un nuovo capitolo dell’astrofisica e della fisica gravitazionale era apparso da subito chiaro, ma i dati fino ad oggi raccolti sono ancora troppo pochi per poter dire se la teoria di Abendi e Afshordi è o meno verificata. Gli scienziati di Ligo e di Virgo hanno preso visione dell’analisi dati eseguita dai due ricercatori, ma hanno anche sottolineato che il numero di dati raccolti non è significativo e che gli echi potrebbero essere un rumore di fondo casuale e dunque avere poco a che fare con la struttura stessa dei buchi neri.

Il prossimo passo dunque per il team di Ligo è attendere i nuovi dati, che arriveranno da Advanced Ligo con una sensibilità nettamente migliorata e che permetteranno di osservare la presenza di eventuali echi e di definirne la natura. La strada da fare per svelare finalmente i segreti dei buchi neri e delle onde gravitazionali è ancora lunga e studi come quello di Abendi sono sicuramente interessanti e rappresentano il segno che il primo e più importante passo in questo campo è stato compiuto.

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