La svolta sorprendente della teoria delle stringhe: i buchi neri potrebbero essere difetti nello spaziotempo

Di Paul M. Sutter, Universe Today, 17 maggio 2023

Un team di fisici teorici, utilizzando la teoria delle stringhe, ha scoperto una nuova struttura nello spazio-tempo nota come “solitone topologico”. Queste strutture appaiono agli osservatori esterni proprio come buchi neri, ma in realtà sono difetti nel tessuto dell'universo, privi di materia o forza.

I fisici teorici hanno scoperto una nuova struttura spazio-temporale chiamata “solitone topologico”. Assomiglianti a buchi neri per gli osservatori distanti, queste strutture sono in realtà difetti nel tessuto dell'universo, privi di un orizzonte degli eventi. Questa scoperta potrebbe potenzialmente aiutare a convalidare la teoria delle stringhe, anche se al momento non è ancora stata dimostrata.

Un team di fisici teorici ha scoperto una strana struttura nello spazio-tempo che ad un osservatore esterno sembrerebbe esattamente come un buco nero, ma a un esame più attento sarebbe tutt'altro: si tratterebbe di difetti nel tessuto stesso dell'universo.

La teoria della relatività generale di Einstein prevede l'esistenza dei buchi neri, formatisi quando le stelle giganti collassano. Ma la stessa teoria prevede che i loro centri siano singolarità, ovvero punti di densità infinita. Poiché sappiamo che nell'universo non possono realmente esistere densità infinite, consideriamo questo come un segno che la teoria di Einstein è incompleta. Ma dopo quasi un secolo di ricerca di estensioni, non abbiamo ancora confermato una teoria della gravità migliore.

Visione artistica di un sistema binario di buchi neri. Crediti: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Ma abbiamo dei candidati, inclusa la teoria delle stringhe. Nella teoria delle stringhe, tutte le particelle dell'universo sono in realtà microscopici anelli di corda vibranti. Per supportare l'ampia varietà di particelle e forze che osserviamo nell'universo, queste stringhe non possono semplicemente vibrare nelle nostre tre dimensioni spaziali. Devono invece esserci dimensioni spaziali extra che si raggomitolano su se stesse in varietà così piccole da sfuggire all’attenzione e alla sperimentazione quotidiana.

Quella struttura esotica nello spaziotempo ha fornito a un team di ricercatori gli strumenti di cui avevano bisogno per identificare una nuova classe di oggetti, qualcosa che chiamano solitone topologico. Nella loro analisi, hanno scoperto che questi solitoni topologici sono difetti stabili nello stesso spazio-tempo. Non richiedono materia o altre forze per esistere: sono naturali nel tessuto dello spazio-tempo come le crepe nel ghiaccio.

I ricercatori hanno studiato questi solitoni esaminando il comportamento della luce che passerebbe vicino a loro. Poiché sono oggetti di spazio-tempo estremi, piegano lo spazio e il tempo attorno a loro, il che influenza il percorso della luce. A un osservatore distante, questi solitoni apparirebbero esattamente come prevediamo che appaiano i buchi neri. Avrebbero ombre, anelli di luce, opere. Le immagini derivate dall’Event Horizon Telescope e le firme delle onde gravitazionali rilevate si comporterebbero tutte allo stesso modo.

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> buco nero. Una delle caratteristiche principali di un buco nero è il suo orizzonte degli eventi, una superficie immaginaria dalla quale se dovessi attraversarla non saresti in grado di scappare. I solitoni topologici, poiché non sono singolarità, non presentano orizzonti degli eventi. Quindi in linea di principio potresti avvicinarti a un solitone e tenerlo in mano, supponendo che tu sia sopravvissuto all'incontro.

Questi solitoni topologici sono oggetti incredibilmente ipotetici, basati sulla nostra comprensione della teoria delle stringhe, che non è stato ancora dimostrato essere un aggiornamento praticabile per la nostra comprensione della fisica. Tuttavia, questi oggetti esotici servono come importanti studi di prova. Se i ricercatori riuscissero a scoprire un’importante differenza osservativa tra solitoni topologici e buchi neri tradizionali, ciò potrebbe aprire la strada alla ricerca di un modo per testare la stessa teoria delle stringhe.