Neri ma non troppo

In un famoso studio del 1974 Stephen Hawking scopri che i buchi neri non sono del tutto…neri come ci appaiono dall’esterno. Hawking comprese come il processo quantistico noto come “creazione di coppia” può fare in modo che il buco nero disperda molto lentamente la sua energia nello spazio.

Quando ciò accade il buco nero rimpicciolisce gradualmente fino ad “esplodere” e scomparire definitivamente. Dal punto di vista meramente teorico pertanto non è corretto dire che qualunque cosa cada nel buco nero e destinato a non uscirne mai più. Secondo lo studio di Hawking infatti l’oggetto fagocitato è destinato ad essere espulso sotto forma di piccolissime particelle in un arco di tempo che sfiora…l’eternità.

Questo processo ha preso il nome di “radiazione di Hawking”. Cerchiamo di spiegarlo meglio nel modo più semplice possibile. Nel mondo subatomico due particelle, ad esempio un elettrone e la sua antiparticella il positrone, possono improvvisamente comparire dal nulla. Secondo la meccanica quantistica questo fenomeno è possibile soltanto se poi le due particelle si annichiliscono tra loro, “restituendo” l’energia impiegata al momento della formazione. In altri termini si tratta di una sorta di “prestito energetico”: l’energia viene prestata dal nulla per permettere la formazione spontanea delle due particelle e restituita al nulla, in seguito alla loro annichilazione. Saldo zero. In questo modo si rispetta la legge della conservazione dell’energia che afferma che, sebbene l’energia possa essere trasformata e convertita da una forma all’altra, la quantità totale di essa in un sistema isolato non varia nel tempo.

Ma cosa succede se questa creazione spontanea e casuale delle due particelle avviene in prossimità dell’orizzonte degli eventi di un buco nero? Hawking capì che una delle due, la particella o la sua antiparticella, poteva precipitare all’interno del buco nero mentre l’altra poteva riuscire a sottrarsi alla presa del “mostro cosmico”. Non essendo più in grado di procedere alla sua annichilazione la particella superstite diverrà una particella reale, un elettrone o un positrone. In questo caso l’energia necessaria per la sua creazione, che non verrà restituita è fornita dal buco nero stesso.

Si tratta di un fenomeno molto raro. Di solito la coppia di particelle non riesce a sfuggire all’attrazione del buco nero ma se una delle due si forma un po’ troppo vicina all’orizzonte degli eventi la forza delle maree del buco nero può far si che venga “separata” dalla compagna ed inghiottita.

Nel caso di buchi neri dalle dimensioni normali questo processo è pressocchè irrilevante perché il numero di particelle risucchiate dallo spazio circostante l’orizzonte degli eventi è di gran lunga molto maggiore di quello delle particelle che sfuggono grazie alla radiazione di Hawking. Il fenomeno diventa significativo in presenza di buchi neri microscopici. Affinché però un buco nero raggiunga queste infinitesimali dimensioni occorre un tempo lunghissimo, persino superiore all’età dell’Universo.

Secondo alcuni astrofisici questi buchi neri microscopi esistono davvero, si sarebbero formati durante il Big Bang e probabilmente sarebbero ancora in “circolazione” nel nostro universo. Per dare un esempio di cosa stiamo parlando il monte Everest dovrebbe essere “compresso” fino alla dimensione di un atomo per diventare un simile buco nero ed allora emetterebbe un’intensa radiazione di Hawking. Anche così impiegherebbe miliardi di anni per “evaporare” completamente. La loro fine sarebbe segnata da un’incommensurabile e violentissima esplosione che emetterebbe un enorme quantità di energia.

Dato che il nostro universo ha circa 13,8 miliardi di anni di età dovremmo essere prossimi (sempre che la predizione teorica sia corretta) al verificarsi di queste spettacolari morti dei buchi neri microscopici. Ecco perché alcuni gruppi di ricerca sono costantemente allerta nella speranza di individuare simili esplosioni rivelatrici.

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