Balding ‘buchi neri dimostrano di nuovo Einstein sulla relatività generale

Questa visualizzazione di una simulazione di un buco nero mostra le sue linee di campo magnetico in verde che si rompono e si riconnettono con sacche di plasma (cerchi verdi al centro). (Credito immagine: A. Bransgrove et al. Physical Review Letters 2021)

Una nuova svolta nella fisica mostra come la teoria della relatività generale di Einstein continui a reggere, anche per i buchi neri "calvi".

I buchi neri sono regioni di This Webtime in cui l'attrazione della gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire all'essere trascinato dentro e "mangiato". La teoria della relatività generale di Einstein prevedeva l'esistenza dei buchi neri e che, indipendentemente da ciò che un tale oggetto "mangia", i buchi neri sono caratterizzati solo dalla loro massa, rotazione e carica elettrica. Gli astrofisici si riferiscono a questo come al teorema "senza capelli".

Ma c'è stato un ostacolo persistente in questo teorema: i campi magnetici. Affinché il teorema senza capelli sia valido, "mangiare" materiale non dovrebbe alterare le caratteristiche primarie di un buco nero. Ma mentre i buchi neri possono "nascere" con forti campi magnetici, possono anche ottenerli "mangiando" un certo materiale e le nuvole di plasma possono sostenere questi campi magnetici attorno a un buco nero.

I fisici hanno studiato questo intoppo utilizzando un supercomputer per simulare un buco nero circondato da plasma. In questo studio, hanno scoperto che anche quando i buchi neri hanno sostenuto campi magnetici, il teorema "senza capelli" e la teoria di Einstein continuano a valere.

"La congettura senza capelli è una pietra angolare della relatività generale", il coautore dello studio Bart Ripperda, un ricercatore presso il Center for Computational Astrophysics (CCA) del Flatiron Institute a New York City e un borsista post-dottorato alla Princeton University nel New Jersey, detto in un comunicato . "Se un buco nero ha un campo magnetico di lunga durata, allora la congettura senza capelli viene violata. Fortunatamente una soluzione è arrivata dalla fisica del plasma che ha salvato la congettura senza capelli dalla rottura".

Nelle loro simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che i campi magnetici attorno ai buchi neri possono evolversi. La loro simulazione ha mostrato che le linee del campo magnetico attorno al buco nero si sarebbero rapidamente frantumate e ricollegate. Questo fenomeno ha creato sacche di plasma, energizzate dal campo magnetico, che sarebbero ribollite e sarebbero state espulse in questa rete o inghiottite dal buco nero.

"I teorici non ci hanno pensato perché di solito mettono i loro buchi neri nel vuoto", dice Ripperda. "Ma nella vita reale, c'è spesso plasma, e il plasma può sostenere e portare campi magnetici. E questo deve adattarsi alla tua congettura senza capelli".

Ciò che ha davvero salvato il teorema senza capelli, tuttavia, è che gli scienziati hanno scoperto che questo processo ha prosciugato abbastanza rapidamente il campo magnetico fino a quando non è completamente svanito.

Questo esaurimento è avvenuto molto velocemente: un tasso del 10% della velocità della luce.

"La rapida riconnessione ha salvato la congettura senza capelli", ha detto Ripperda.

Questo lavoro è descritto in uno studio (si apre in una nuova scheda) pubblicato il 27 luglio sulla rivista Physical Review Letters.

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